DE112017007484T5

DE112017007484T5 - Leistungsumwandlungseinheit

Info

Publication number: DE112017007484T5
Application number: DE112017007484.3T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Kitamura; Ryuichi Ishii; Shozo Kanzaki; Toshiyuki YASUTOMI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2020-01-09
Also published as: US11088649B2; JP6707190B2; US20200195189A1; CN110574275A; CN110574275B; JPWO2018198290A1; WO2018198290A1

Abstract

Vorgesehen ist eine Leistungsumwandlungseinheit, in der ein Leistungsglättungskondensator so konfiguriert ist, dass eine Vielzahl von Einheitskondensatoren als leitfähige Polymer-Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensatoren in einem Gittermuster angeordnet und parallel auf einer Leiterplatte geschaltet sind, sowie mit einer Vielzahl von Einheitsmodulen unterschiedlicher Phasen über positivseitige und negativseitige Sammelschienen verbunden sind, die auf beiden Seiten der Leiterplatte angeordnet sind, so dass jede Gruppe von mehreren Einheitskondensatoren und jedes Einheitsmodul nahe beieinander angeordnet sind, um dadurch die Verdrahtungsimpedanz einer Stromversorgungsschaltung zu reduzieren und Rauschbildung zu unterdrücken.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsumwandlungseinheit, die beispielsweise in einer Treiberschaltung für einen Drehstrommotor für das Fahren von Fahrzeugen verwendet werden soll, und insbesondere auf eine Verbesserung der Komponentenanordnung einer Großstrom-Leistungsversorgung im Leistungsumwandlungsgerät.
Stand der Technik
Die folgende Leistungsumwandlungseinheit wurde weitgehend in der Praxis eingesetzt. Insbesondere wandelt die Leistungsumwandlungseinheit eine Gleichspannung einer Fahrzeugbatterie, die konfiguriert ist, eine Ausgangsspannung von 300 V bis 400 V zu erzeugen, in eine Wechselspannung um, um einen Drehstrommotor für die Fahrzeugfahrt drehend anzutreiben. Darüber hinaus gleichrichtet das Leistungsumwandlungsgerät auf eine Gleichspannung eine dreiphasige Wechselstromerzeugungsspannung, die durch Trägheitsdrehung des Motors zum Zeitpunkt des Abwärtsfahrens oder des Abbremsens erzeugt wird, um die Fahrzeugbatterie zu regenerieren. Beispiele für den hierin verwendeten Motor (Motorgenerator) sind: ein Motor mit einem Satz von Wicklungen aus drei Phasen, die U-, V- und W-Phasen sind; ein Motor, bei dem der Wicklungsbetrieb eines dicken Drahtes, durch den ein großer Strom fließt, unter Verwendung von zwei mitteldicken Drähten erleichtert wird, die gewickelt und an einem Ausgang des Motors parallel geschaltet sind, um so einen Satz von dreiphasigen Wicklungen zu bilden; und ein Motor, bei dem mitteldicke Drähte in zwei Sätze von Wicklungen aus drei Phasen, nämlich U1, V1 und W1 und U2, V2 und W2, getrennt sind.
Beispiele für ein an den Motor angeschlossenes Öffnungs-/Schließmodul sind: ein Modul, in dem ein Satz von dreiphasigen Wechselspannungen erzeugt wird, um einem Satz von dreiphasigen Wicklungen zugeführt zu werden; ein Modul eines doppelten gleichen dreiphasigen Systems, das konfiguriert ist, mit einem Satz von dreiphasigen Wechselspannungen zu arbeiten, was zwei Sätzen von dreiphasigen Wechselspannungen entspricht, die phasengleiche Spannungen sind, die erzeugt werden, um zwei Sätzen von dreiphasigen Wicklungen zugeführt zu werden; und ein Modul eines doppelt geneigten dreiphasigen Systems, in dem eine Phasendifferenz, zum Beispiel 30 Grad, in zwei Sätzen von dreiphasigen Wechselspannungen eingestellt ist, um dadurch Drehwellenschwankungen (Verzahnungen) des Motors zu verhindern. Das doppelte gleiche Dreiphasensystem zielt darauf ab, die erzeugte Wärme eines Öffnungs-/Schließelements zu verteilen, das konfiguriert ist, einen Motorstrom (Laststrom) zu unterbrechen.
Währenddessen wird in einem Gleichstromversorgungsabschnitt ein Leistungsglättungskondensator verwendet, um Pulsierungen und Schwankungen einer Versorgungsspannung zu verhindern, die mit einer intermittierenden Steuerung eines Laststroms verbunden ist, indem das Öffnungs-/Schließmodul durch Integration einer Vielzahl von Öffnungs-/Schließelementen gebildet wird. Die in dem oben genannten Kondensator gespeicherte elektrostatische Energie wird durch das Produkt aus einem Quadrat aus einer Ladespannung und einer Kapazität definiert, so dass ein Kondensator mit einer kleineren Kapazität zum Speichern der gleichen elektrostatischen Energie verwendet werden kann, wenn eine höhere Systemspannung eingestellt wird. Im Gegensatz dazu wird bei einer niedrigeren Systemspannung ein Volumen des Kondensators reduziert, während eine größere Kapazität benötigt wird, wobei jedoch auf die Parallelschaltung der Kondensatoren zu achten ist und ein Ausgleich der verzweigten Welligkeitsströme erforderlich ist.
Gemäß 1 und 12 für ein in der Patentliteratur 1 offenbartes „Leistungseinheit für einen Stromrichter“ beinhaltet beispielsweise ein Glättungskondensator 9 24 Einheitskondensatoren 9u, die als Folienkondensatoren angenommen werden und intensiv auf einer Hochstrom-Leiterplatte 15 angeordnet sind, und ist mit einem Leistungsmodul 1 mit sechs bipolaren Transistoren verbunden, um einen Drehstrommotor 12 mit Strom zu versorgen. In den Fällen von 3 und 14 beinhalten die Glättungskondensatoren 9a und 9b jeweils vierundzwanzigxzwei Einheitskondensatoren 9u, die als Folienkondensatoren gelten und auf der Vorder- und Rückseite der Hochstrom-Leiterplatte 1 intensiv angeordnet sind. Weiterhin sind die Glättungskondensatoren 9a und 9b mit einem Paar von Leistungsmodulen 1a und 1b verbunden, die jeweils sechs bipolare Transistoren beinhalten, um einen doppelten Drehstrommotor 12a mit Strom zu versorgen.
In der Zwischenzeit, gemäß 1, 2 und FIG. und den Absätze 0025, 0026 und 0031 für einen in der Patentliteratur 2 offenbarten „Leistungswandler“, wird z.B. eine Spannung von 300 V aus einer Gleichstromversorgung 12 durch einen Verstärker 11 auf 600 V angehoben und an einen Kondensator 2 angelegt, der als Filmkondensator angenommen wird, so dass doppelte Drehstrommotoren 13 und 13 über sechs Halbleitermodule 3 mit Strom versorgt werden, darunter zwei Bipolartransistoren 32a und 32b, die positive und negative Bipolartransistoren sind. Die Gleichstromanschlüsse 30 der jeweiligen Halbleitermodule 3 werden durch Verschrauben mit den Elektrodenanschlüssen 20 des Kondensators 2 (siehe 17) separat verbunden, um die Streuung eines Stroms und einer Störinduktivität zu reduzieren.
Zitierliste
Patentliteratur

[PTL 1] Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2001-352767
[PTL 2] Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2010-104204

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Beschreibung der Probleme im Zusammenhang mit dem Stand der Technik
In der oben beschriebenen „Leistungseinheit für einen Stromrichter“ gemäß Patentliteratur 1 besteht das Problem, dass aufgrund eines großen Bereichs des Verdrahtungssubstrats, auf dem eine große Anzahl von Einheitskondensatoren parallel zueinander und weit vom Leistungsmodul entfernt geschaltet sind, durch eine Störinduktivität eine Störspannung erzeugt wird und die in der großen Anzahl von Einheitskondensatoren fließenden Restströme nicht ausgeglichen werden können.
Im „Leistungswandler“ nach Patentliteratur 2 werden die Kapazität des Kondensators und die Anzahl der verwendeten Kondensatoren durch Erhöhen einer Spannung reduziert, um den Abstand zwischen Modul und Kondensator zu verkürzen. Es besteht jedoch das Problem, dass Kurzschlussschutzmaßnahmen erforderlich sind, indem ein Isolierabstand jedes Abschnitts vergrößert wird, um den Spannungswiderstand zu erhöhen, und die Gefahr eines Stromschlags steigt.
Beschreibung des Erfindungsgegenstandes
Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Leistungsumwandlungseinheit bereitzustellen, die konfiguriert ist, einen Drehstrommotor von einer Gleichstromversorgung mit reduzierter Versorgungsspannung s mit Wechselstrom zu versorgen, um Schäden durch einen Stromschlag zu reduzieren, und insbesondere eine Leistungsumwandlungseinheit, die in der Lage ist einen Anstieg des Antriebsstroms und einer Erhöhung der Kapazität eines Leistungsglättungskondensators zu handhaben, der mit dem Absenken einer Spannung verbunden ist, um dadurch eine Größenzunahme zu verhindern.
Lösung des Problems
Eine Leistungsumwandlungseinheit, umfassend: einen Leistungsglättungskondensator, der mit einer Gleichstromversorgung verbunden ist; eine Vielzahl von Einheitsmodulen, die in Reihe mit Dreiphasenwicklungen eines Drehstrommotors verbunden sind, die erste Dreiphasenwicklungen oder die ersten Dreiphasenwicklungen und zweiten Dreiphasenwicklungen beinhalten, und konfiguriert sind, intermittierend Laststrom zu liefern; und eine Steuerschaltungseinheit, die konfiguriert ist, die Öffnungs-/Schließsteuerung der Vielzahl von Einheitsmodulen so auszuführen, dass eine Art von dreiphasiger Wechselspannung an eine von den ersten drei Phasenwicklungen und den ersten drei Phasenwicklungen und den zweiten drei Phasenwicklungen angelegt wird oder zwei Arten von dreiphasigen Wechselspannungen mit einer vorbestimmten Phasendifferenz dazwischen an die erste dreiphasige Wicklung und die zweiten drei Phasenwicklungen angelegt werden, und derart, dass die dreiphasigen Wechselspannungen jeweils eine Beziehung mit einer variablen Frequenz der gleichen Frequenz aufweisen, wobei der Leistungsglättungskondensator durch eine Anordnung einer Vielzahl von Einheitskondensatoren konfiguriert ist, die leitfähige Polymer-Festaluminium-Elektrolytkondensatoren oder leitfähige Polymer-Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind, wobei die Vielzahl von Einheitskondensatoren durch Verwendung einer Leiterplatte parallel geschaltet ist, wobei auf der Leiterplatte eine Vielzahl von positivseitigen Mustern und eine Vielzahl von negativseitigen Mustern, die sich jeweils in horizontaler Richtung erstrecken, abwechselnd in vertikaler Richtung angeordnet sind, so dass die entsprechende Vielzahl von Einheitskondensatoren zwischen benachbarten der positivseiteigen Mustern und den negativseitseitigen Mustern eingelötet sind, wobei ein unterstes der positivseitigen Muster mit einem positivseitigen Stromversorgungsanschluss verbunden ist, und ein unterstes der negativseitigen Muster mit einem negativseitigen Stromversorgungsanschluss verbunden ist, wobei die rechten Enden der Vielzahl der positivseitigen Muster und die linken Enden derselben jeweils über ein entsprechendes aus einer ersten positivseitigen Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und einer zweiten positivseitigen Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung miteinander verbunden sind.
Rechte Enden der Vielzahl von negativseitigen Mustern und linke Enden davon sind jeweils über eine entsprechende einer ersten negativseitigen Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und einer zweiten negativen Seiten-Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung miteinander verbunden, wobei die erste positive Seiten-Sammelschiene und die erste negativseitige Sammelschiene so konfiguriert sind, dass sie sich parallel in vertikaler Richtung erstrecken, und mit entsprechenden positivseitigen Elektrodenanschlüssen und negativseitigen Elektrodenanschlüssen von drei Einheitsmodulen verbunden sind, die aus der Vielzahl von Einheitsmodulen ein erstes Öffnungs-/Schließmodul bilden, und Wechselstromelektrodenanschlüsse, die den drei Einheitsmodulen zur Verfügung gestellt werden, mit den ersten drei Phasenwicklungen verbunden sind, und wobei die zweite positivseitige Sammelschiene und die zweite negativseitige Sammelschiene konfiguriert sind, sich parallel in vertikaler Richtung zu erstrecken, und die, wenn die zweiten drei Phasenwicklungen bereitgestellt werden, mit entsprechenden von positivseitigen Elektrodenanschlüssen und negativen Seiten-Elektrodenanschlüssen von drei Einheitsmodulen verbunden sind, die aus der Vielzahl von Einheitsmodulen ein zweites Öffnungs-/Schließmodul bilden, und die den drei Einheitsmodulen zur Verfügung gestellten Wechselstromelektrodenanschlüsse mit den zweiten drei Phasenwicklungen verbunden sind.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet die Leistungsumwandlungseinheit der vorliegenden Erfindung den Leistungsglättungskondensator, der konfiguriert ist, eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umzuwandeln, um dadurch den Drehstrommotor, das erste Öffnungs-/Schließmodul oder das erste und zweite Öffnungs-/Schließmodul, die jeweils die drei Einheitsmodule und die Steuerschaltungseinheit beinhalten, anzutreiben, wobei der Leistungsglättungskondensator so konfiguriert ist, dass eine Vielzahl von Einheitskondensatoren als leitfähige Polymer-Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensatoren parallel entlang einer Vielzahl von Reihen von Schaltungsmustern auf der Leiterplatte angeordnet sind und über die auf beiden Seiten des Schaltungsmusters vorgesehenen positivseitigen und negativseitigen Sammelschienen mit den Einheitsmodulen verbunden sind.
Infolgedessen kann eine große Anzahl von Einheitskondensatoren kleiner Kapazität dicht auf der Leiterplatte angeordnet werden, um die Größe zu reduzieren und einen Welligkeitsstrom für jeden Einheitskondensator zu reduzieren, wodurch der Effekt entsteht, dass ein Temperaturanstieg aufgrund eines inneren Verlusts des Kondensators verhindert wird, der durch das Produkt eines Welligkeitsstroms definiert wird, der proportional zu einem Wert einer Kapazität C, einem Quadratwert davon und einem äquivalenten Serienwiderstand ESR ist, um eine Verkürzung der Lebensdauer des Kondensators zu verhindern. Weiterhin wird die Oberfläche, an der die Vielzahl von Einheitskondensatoren befestigt ist, von den Stromversorgungsmustern eingenommen, mit Ausnahme eines kleinen Raums, der zur Trennung der positiven und negativen Strommuster benötigt wird, und die positiven und negativen Strommuster werden über die Sammelschienen aus Kupfer oder Kupferlegierungen verbunden. Diese Anordnung bewirkt einen Effekt der Reduzierung der Verdrahtungsimpedanz zwischen den mit der Gleichstromversorgung verbundenen positiven und negativen Stromversorgungsanschlüssen, den positiven und negativen Stromversorgungsanschlüssen der Vielzahl von Einheitskondensatoren und den positiven und negativen Elektrodenanschlüssen der Einheitsmodule, um dadurch die Rauscherzeugung zu unterdrücken. Weiterhin können bei oberflächenmontierten Bauteilen die Einheitskondensatoren zusammen mit den positiven und negativen Sammelschienen durch einen Lötvorgang verlötet werden, um so einen Arbeitsprozess zu verkürzen. Es ist zu beachten, dass der leitfähige Polymer-Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensator mit einem Elektrolyten imprägniert ist, der die Reparatur eines Oxidfilms fördert, der als dielektrisches Element des Kondensators dient. Ein solcher Kondensator funktioniert, um einen Kurzschlussausfall zu vermeiden, der aufgrund einer selbstreparierenden Wirkung auftreten kann, und wiederum, um Hochspannung zu widerstehen, um dadurch die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer kompletten Schaltung einer Leistungsumwandlungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung einer internen Konfiguration der Leistungsumwandlungseinheit von 1.
3 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung der internen Konfiguration von 2, aus der die Einheitskondesatoren entfernt werden.
4 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Befestigung der einzelnen Einheitskondensatoren in der Leistungsumwandlungseinheit von 1.
5 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer vollständigen Anordnung von Hauptteilen der Leistungsumwandlungseinheit von 1.
6A ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer internen Konfiguration eines Einheitsmoduls der Leistungsumwandlungseinheit von 1.
6B ist eine externe Ansicht zur Veranschaulichung eines Anschlussplans des Einheitsmoduls der Leistungsumwandlungseinheit von 1.
7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Leistungsschaltung der Leistungsumwandlungseinheit von 1.
8 sind erklärende Grafiken zur Darstellung einer Kennlinie einer addierten Stromwellenform in der Leistungsumwandlungseinheit von 1.
9 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer vollständigen Schaltung einer Leistungsumwandlungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Leistungsschaltung der Leistungsumwandlungseinheit aus 9.
11 sind erklärende Grafiken zur Darstellung einer Kennlinie einer Wellenform eines ersten addierten Stroms in der Leistungsumwandlungseinheit von 9.
12 sind Diagramme zur Darstellung einer Kennlinie einer Wellenform eines zweiten addierten Stroms in der Leistungsumwandlungseinheit von 9.
13 sind Diagramme zur Darstellung einer Kennlinie einer Wellenform eines dritten addierten Stroms in der Leistungsumwandlungseinheit von 9.

Beschreibung der Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Detaillierte Beschreibung der Konfiguration
Unter Bezugnahme auf 1 wird im Folgenden eine Konfiguration einer Leistungsumwandlungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer kompletten Schaltung davon. In 1 ist eine Leistungsumwandlungseinheit 100A konfiguriert, Strom von einer Gleichstromversorgung 200 über einen positivseitige Stromversorgungsanschluss P und einen negativseitige Stromversorgungsanschluss N zu empfangen, die in einer Gleichstromversorgungsanschlussleiste 140 vorgesehen sind. Eine Stromversorgungsschaltung beinhaltet daher einen Leistungsschalter 201. In diesem Beispiel ist die Gleichstromversorgung 200 beispielsweise eine DC48V-kompatible Niedervoltbatterie. Die ersten in der Leistungsumwandlungseinheit 100A vorgesehenen AC-Netzanschlüsse 141 sind über die ersten Lastverdrahtungen 401 mit einem ersten U-Phasen-Anschluss U1, einem ersten V-Phasen-Anschluss V1 und einem ersten W-Phasen-Anschluss W1 der ersten Dreiphasenwicklungen 301 eines Drehstrommotors 300 verbunden. Die zweiten AC-Netzanschlüsse 142, die in der Leistungsumwandlungseinheit 100A vorgesehen sind, sind über die zweiten Lastverdrahtungen 402 mit einem zweiten U-Phasen-Anschluss U2, einem zweiten V-Phasen-Anschluss V2 und einem zweiten W-Phasen-Anschluss W2 der zweiten Dreiphasenwicklungen 302 des zweiten Drehstrommotors 300 verbunden.
Hier ist es denkbar, dass die zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 parallel zu den ersten dreiphasigen Wicklungen 301 durch interne Kurzschlussleitungen 303 geschaltet werden, so dass der Drehstrommotor 300 nur die ersten dreiphasigen Wicklungen 301 zu beinhalten scheint. In diesem Fall entfallen die zweiten Lastverdrahtungen 402, und ein zweites Öffnungs-/Schließmodul 122A, das in der Leistungsumwandlungseinheit 100A vorgesehen ist, wie später beschrieben, entfällt ebenfalls. Die Leistungsumwandlungseinheit 100A beinhaltet eine Leiterplatte 110, ein erstes Öffnungs-/Schließmodul 121A und das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122A sowie eine Steuerschaltungseinheit 130. Die Leiterplatte 110 dient zum Verbinden einer Vielzahl von parallel geschalteten Einheitskondensatoren 113 zwischen dem positivseitigen Stromversorgungsanschluss P und dem negativseitigen Stromversorgungsanschluss N. Das erste Öffnungs-/Schließmodul 121A und das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122A beinhalten jeweils drei Einheitsmodule 90. Die Steuerschaltungseinheit 130 dient zur Ausgabe eines ersten Gatesignals 131 und eines zweiten Gatesignals 132 an das erste Öffnungs-/Schließmodul 121A bzw. das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122A. Die Steuerschaltungseinheit 130 beinhaltet eine Konstantspannungsnetzteileinheit 133 und einen Mikroprozessor 134. Die einzelnen Einheitsmodule 90 sind rechts und links auf der Leiterplatte 110 angeordnet und mit dem positivseitigen Netzanschluss P und dem negativseitigen Netzanschluss N verbunden, um über die später beschriebenen internen Öffnungs-/Schließelemente eine Wechselstromleistung abzugeben.
Es ist zu beachten, dass in den folgenden Zeichnungen die Seite des DC-Versorgungsanschluss 140 und die Seite des ersten AC-Versorgungsanschluss 141 nur zur Veranschaulichung als Unterseite bzw. linke Seite bezeichnet werden. Die vorliegende Anwendung umfasst alle Varianten mit unterschiedlichen horizontalen und vertikalen Positionen. Anschließend wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Konfiguration der Leistungsumwandlungseinheit von 1 ausführlich beschrieben. 2 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung einer internen Konfiguration derselben. 3 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung der internen Konfiguration der Leistungsumwandlungseinheit von 2, aus der die Einheitskondensatoren entfernt werden. In 2 wird die Leiterplatte 110 durch Zwischenschaltung einer später beschriebenen Wärmeübertragungs-Halteplatte 115 (4 und 5) mit einer Kühlplatte 150 verschraubt. Auf der Leiterplatte 110 sind vierzig Einheitskondensatoren 113 montiert. Darüber hinaus sind am rechten und linken Ende eine erste positivseitige Sammelschiene 111p und eine zweite positivseitige Sammelschiene 112p angeordnet, die an den positivseitigen Stromversorgungsanschluss P anzuschließen sind. Weiterhin sind am rechten und linken Ende eine erste negativseitige Sammelschiene 111n und eine zweite negativseitige Sammelschiene 112n angeordnet, die an den negativseitigen Stromversorgunganschluss N anzuschließen sind. Bezüglich zweier Sätze von drei Einheitsmodulen 90, die rechts und links auf der Leiterplatte 110 angeordnet sind, beinhalten die drei Module des einen Satzes jeweils einen positivseitige Elektrodenanschluss Pm zum Anschweißen an die erste positivseitige Sammelschiene 111p, einen negativseitigen Elektrodenanschluss Nm zum Anschweißen an die erste negativseitige Sammelschiene 111n und einen entsprechenden der AC-Elektrodenanschlüsse AC (U1, V1 und W1). Diese drei Anschlüsse werden in Druckkontakt mit der Kühlplatte 150 unter Verwendung einer ersten Halteplatte 123 befestigt. Die drei Module des anderen Sets beinhalten jeweils einen positivseitigen Elektrodenanschluss Pm zum Anschweißen an die zweite positivseitige Sammelschiene 112p, einen negativseitigen Elektrodenanschluss Nm zum Anschweißen an die zweite negativseitige Sammelschiene 112n und einen entsprechenden der AC-Elektrodenanschlüsse AC (U2, V2 und W2) . Diese drei Anschlüsse werden in Druckkontakt mit der Kühlplatte 150 unter Verwendung einer zweiten Halteplatte 124 befestigt.
In 3 weist die Leiterplatte 110 eine Vielzahl von positivseitigen Mustern 110p und eine Vielzahl von negativseitigen Mustern 110n auf. Diese negativ- und positivseitigen Muster erstrecken sich abwechselnd in horizontaler Richtung. An den rechten und linken Enden der jeweiligen negativseitigen Muster 110n werden die Lötanschlüsse 1n (siehe Querschnitt aus der Sicht des Pfeils A in einem Kasten 10 unten rechts in 3) der ersten negativseitigen Sammelschiene 111n und der zweiten negativseitigen Sammelschiene 112n in vertikaler Richtung gelötet, so dass die negativen Seitenmuster 110n durch die erste negativseitige Sammelschiene 111n und die zweite negativseitige Sammelschiene 112n parallel zueinander verbunden sind. Ebenso werden an den rechten und linken Enden der jeweiligen positivseitigen Muster 110p die Lötanschlussabschnitte 1p (siehe Querschnitt aus der Sicht des Pfeils B in der Box 10 unten rechts in 3) der ersten positivseitigen Sammelschiene 111p und der zweiten positivseitigen Sammelschiene 112p, die sich in vertikaler Richtung erstrecken, gelötet, so dass die positivseitigen Muster 110p parallel zueinander durch die erste positivseitige Sammelschiene 111p und die zweite positivseitige Sammelschiene 112p verbunden sind. Hier wird ein unterstes der positivseitigen Muster 110p an den positivseitigen Stromversorgungsanschluss P angelötet, der an den DC-Versorgungsanschluss 140 befestigt ist. Ein unterstes des negativseitigen Musters 110n wird an den negativseitigen Stromversorgungsanschluss N gelötet, der an der Anschlussleiste 140 der Gleichstromversorgung befestigt ist. Die Einheitskondensatoren 113 sind an Abschnitten montiert, die von der gestrichelten Linie umgeben sind, und zwischen einem Paar benachbarter positivseitiger Muster 110p und negativseitiger Muster 110n eingelötet. Es ist zu beachten, dass das in der unteren linken Ecke von 3 dargestellte Referenzsymbol 5 eine positivseitige Elektrode oder ein positivseitiges Muster darstellt; 6, eine negativseitige Elektrode oder ein negativseitiges Muster; und 7, einen gelöteten Abschnitt.
Weiterhin sind in dem Kasten 10 unten rechts in 3 die Stirnseiten der zweiten negativseitigen Sammelschiene 112n und der zweiten positivseitigen Sammelschiene 112p dargestellt. Sammelschienen-Hauptkörper 2n und 2p, die sich in vertikaler Richtung erstrecken, haben an einem Ende die zu lötenden Lötanschlüsse 1n und 1p an den negativseitigen Mustern 110n und den positivseitigen Mustern 110p und an einem anderen Ende nahe Verbindungsabschnitte 3n und 3p sowie Schweißverbindungsabschnitte 4n und 4p. Die nahen Verbindungsabschnitte 3n und 3p erstrecken sich orthogonal zu den Sammelschienen-Hauptkörpern 2n und 2p. Die Schweißverbindungsabschnitte 4n und 4p erstrecken sich weiter von den nahen Anschlussabschnitten 3n und 3p orthogonal dazu, d.h. parallel zu den Sammelschienen-Hauptkörpern 2n und 2p. Bei dieser Konfiguration sind die positivseitigen Elektrodenanschlüsse Pm der drei Einheitsmodule 90, die das erste Öffnungs-/Schließmodul 121A bilden, in Kontakt mit den Schweißverbindungsteilen 4p der ersten positivseitigen Sammelschiene 111p schweißbar. Die negativseitigen Elektrodenanschlüsse Nm davon sind in Kontakt mit den Schweißverbindungsteilen 4n der ersten negativseitigen Sammelschiene 111n schweißbar. Ebenso sind die positivseitigen Elektrodenanschlüsse Pm der drei Einheitsmodule 90, die das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122A bilden, in Kontakt mit den Schweißverbindungsabschnitten 4p der zweiten positivseitigen Sammelschiene 112p schweißbar. Die negativseitigen Elektrodenanschlüsse Nm davon sind in Kontakt mit den Schweißverbindungsteilen 4n der zweiten negativseitigen Sammelschiene 112n schweißbar.
In dieser Ausführungsform sind vier Einheitskondensatoren 113 in einer Kondensatorreihe parallel geschaltet, und zehn Kondensatorreihen sind insgesamt angeordnet. Davon sind zwei Kondensatorreihen angrenzend an die Seitenteile jedes Paares von rechten und linken Einheitsmodulen 90 (insgesamt sechs Kondensatorreihen) angeordnet, eine Kondensatorreihe ist zwischen dem oberen Modul und dem mittleren Modul und zwischen dem mittleren Modul und dem unteren Modul angeordnet (z.B zwischen Mu1 und Mv1 und zwischen Mv1 und Mw1 oder zwischen Mu2 und Mv2 und zwischen Mv2 und Mw2) (insgesamt zwei Kondensatorreihen), und an jedem der obersten und untersten Abschnitte ist eine Kondensatorreihe angeordnet (insgesamt zwei Kondensatorreihen). Hier entsprechen die beiden äußersten Kondensatorreihen einer zwischen dem oberen und unteren Einheitsmodul 90 angeordneten mittleren Kondensatorreihe, so dass die Anzahl der parallel geschalteten Einheitskondensatoren 113 in einer Reihe unter Berücksichtigung einer Gesamtbilanz auf zwei oder drei reduziert werden kann. Weiterhin sind in der Konfiguration von 2 und 3 die erste negativseitige Sammelschiene 111n und die zweite negativseitige Sammelschiene 112n innerhalb der ersten positivseitigen Sammelschiene 111p und der zweiten positivseitigen Sammelschiene 112p angeordnet, können aber außerhalb der ersten positivseitigen Sammelschiene 111p und der zweiten positivseitigen Sammelschiene 112p angeordnet werden. Die Sammelschienen bestehen aus hochleitfähigem Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf 4 und 5 die Konfiguration der Leistungsumwandlungseinheit von 1 ausführlich beschrieben. 4 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Befestigung der einzelnen Einheitskondensatoren. 5 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer ganzen Gruppe von Hauptteilen davon. In 4 sind die einzelnen Einheitskondensatoren 113 zwischen entsprechenden der Vielzahl der positivseitigen Muster 110p und der Vielzahl der negativseitigen Muster 110n eingelötet, die auf einer Vorderfläche der harzgefertigten Leiterplatte 110 ausgebildet sind. Im dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, dass die vier Einheitskondensatoren 113 in einer von vorne nach hinten gerichteten Richtung des Zeichenblatts angeschlossen sind. Weiterhin ist die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellte Wärmeübertragungs-Halteplatte 115 an einer Rückseite der Leiterplatte 110 befestigt, um dadurch die zahlreichen Einheitskondensatoren 113 auf der gleichen Temperatur zu halten. Darüber hinaus weist die Wärmeübertragungs-Halteplatte 115 den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie die Sammelschienen auf, um eine thermische Verformung der Leiterplatte 110 zu verhindern. Es ist zu beachten, dass die zweite negative Sammelschiene 112n mit den Lötanschlussabschnitten 1n aufgrund der Überbrückungsabschnitte 5n über die oberen Oberflächenabschnitte der positivseitigen Muster 110p verläuft und damit als Überbrückungsleitung dient.
In 5 sind die mit der Wärmeübertragungs-Halteplatte 115 integrierte Leiterplatte 110 und das erste Öffnungs-/Schließmodul 121A und das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122A in Druckkontakt mit der Kühlplatte 150 durch ein Wärmeübertragungsfett 154 befestigt. Die Kühlplatte 150 beinhaltet darin einen Kühlwasserweg 151 mit einem Einlass 152 und einem Auslass 153 für Kühlwasser. Eine Steuerplatine 135, die die Steuerschaltungseinheit 130 bildet, wird über ein Befestigungselement (nicht dargestellt) an der Kühlplatte 150 befestigt. Auf der Steuerplatine 135 ist der Mikroprozessor 134 montiert, der eine stabilisierte Steuerspannung (z.B. DC5V) von der Konstantspannungsnetzteileinheit 133 erhält. Weiterhin werden die positivseitigen Elektrodenanschlüsse Pm und die negativseitigen Elektrodenanschlüsse Nm der Einheitsmodule 90, die das erste Öffnungs-/Schließmodul 121A bilden, durch Verschweißen mit den Schweißverbindungsabschnitten 4p der ersten positivseitigen Sammelschiene 111p und mit den Schweißverbindungsabschnitten 4n der ersten negativseitigen Sammelschiene 111n an einem Schweißabschnitt 21 verbunden; die positivseitigen Elektrodenanschlüsse Pm und die negativseitigen Elektrodenanschlüsse Nm der Einheitsmodule 90, die das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122A bilden, durch Verschweißen mit den Schweißverbindungsabschnitten 4p der zweiten positivseitigen Sammelschiene 112p und mit den Schweißverbindungsabschnitten 4n der zweiten negativseitigen Sammelschiene 112n an einem Schweißabschnitt 22 verbunden werden (siehe 2 und 3).
Weiterhin werden die AC-Elektrodenanschlüsse AC der Einheitsmodule 90 an die ersten AC-Versorgungsanschlüsse 141 (U1, V1 und W1) und die zweiten AC-Versorgungsanschlüsse 142 (U2, V2 und W2) angeschlossen. Die vorgeschalteten Gate-Treiberanschlüsse 95 und die nachgeschalteten Gate-Treiberanschlüsse 96, die später beschrieben werden (6A und 6B), sind durch Löten direkt mit der Steuerplatine 135 verbunden. Anschließend wird unter Bezugnahme auf 6A und 6B die Konfiguration der Leistungsumwandlungseinheit von 1 ausführlich beschrieben. 6A ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer internen Konfiguration eines Einheitsmoduls der Leistungsumwandlungseinheit von 1. 6B ist eine externe Ansicht zur Veranschaulichung eines Anschlussplans des Einheitsmoduls der Leistungsumwandlungseinheit von 1. In 6A beinhaltet das Einheitsmodul 90A hauptsächlich eine Parallelschaltung von ersten und zweiten stromaufwärts öffnenden/schließenden Elementen 91 und 92, die zwischen dem positiven Elektrodenanschluss Pm und dem AC-Elektrodenanschluss AC geschaltet sind, und eine Parallelschaltung von ersten und zweiten stromabwärts öffnenden/schließenden Elementen 93 und 94, die zwischen dem negativseitigen Elektrodenanschluss Nm und dem AC-Elektrodenanschluss AC geschaltet sind. Für jedes Öffnungs-/Schließelement wird ein Feldeffekttransistor vom Typ N-Kanal verwendet. Ein erstes oder zweites Gatesignal (siehe 1) zum Antreiben des Schließens der ersten und zweiten stromaufwärts gelegenen Öffnungs-/Schließelemente 91 und 92 wird dem Paar der stromaufwärts gelegenen Gatesteueranschlüsse 95 und 95 zugeführt. Zusätzlich wird dem Paar der stromabwärts liegenden Gate-Antriebsanschlüssen 96 und 96 ein erstes oder zweites Gate-Signal (siehe 1) zum Antreiben des Schließens der ersten und zweiten stromabwärts gelegenen Öffnungs-/Schließelemente 93 und 94 bereitgestellt.
In 6B wird das Einheitsmodul 90A einer Harzversiegelung unterzogen und integriert. Der positivseitige Elektrodenanschluss Pm, der negativseitige Elektrodenanschluss Nm und der stromaufwärts gerichtete Gate-Antriebsanschluss 95 sind auf einer Seite der rechten und linken Seite an den gegenüberliegenden Positionen vorgesehen. Der AC-Elektrodenanschluss AC und der nachgeschaltete Gate-Antriebsanschluss 96 sind auf einer anderen Seite vorgesehen. Wie in 2 und 3 dargestellt, werden die positivseitigen Elektrodenanschlüsse Pm und die negativseitigen Elektrodenanschlüsse Nm durch Verschweißen mit den Schweißverbindungsabschnitten 4p und 4n der ersten positivseitigen Sammelschiene 111p und der zweiten positivseitigen Sammelschiene 112p sowie der ersten negativseitigen Sammelschiene 111n und der zweiten negativseitigen Sammelschiene 112n verbunden. Wie in 1 und 5 dargestellt, dient der AC-Elektrodenanschluss AC als entsprechender Anschluss aus einem U1-Phasen-Anschluss, einem V1-Phasen- Anschluss und einem W1-Phasen- Anschluss des ersten AC-Netzanschlusses 141 und einem U2-Phasen- Anschluss, einem V2-Phasen- Anschluss und einem W2-Phasen-Anschluss des zweiten AC-Netzanschlusses 142. Darüber hinaus dienen, wie in 5 dargestellt, die stromaufwärts liegenden Gate-Treiberanschlüsse 95 und die stromabwärts liegenden Gate-Treiberanschlüsse 96 jeweils als Anschlusspin zum Anschluss an die Steuerplatine 135.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf 7 die Konfiguration der Leistungsumwandlungseinheit von 1 ausführlich beschrieben. 7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Leistungsschaltung davon. In 7 bilden die drei Einheitsmodule 90, die mit den ersten drei Phasenwicklungen 301 des Drehstrommotors 300 verbunden sind, das erste Öffnungs-/Schließmodul 121A, und die drei Einheitsmodule 90, die mit den zweiten drei Phasenwicklungen 302 verbunden sind, bilden das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122A. Weiterhin ist die Leiterplatte 110 zwischen dem positivseitigen Stromversorgungsanschluss P und dem negativseitigen Stromversorgungsanschluss N angeordnet, die eine Gleichstromversorgungsspannung empfangen. Auf der Leiterplatte 110 sind die zahlreichen Einheitskondensatoren 113 parallel geschaltet, um einen Leistungsglättungskondensator zu bilden. Die sechs Einheitsmodule 90 bilden mit zwei oberen und unteren parallel geschalteten Transistoren eine Halbbrückenschaltung. Diese Einheitsmodule erhalten eine Spannung, die durch Glätten der Gleichstromversorgungsspannung über die Leiterplatte 110 erhalten wird, so dass die drei Einheitsmodule gemeinsam eine dreiphasige Wechselstromversorgung abgeben. Dabei wird davon ausgegangen, dass jedes Einheitsmodul 90 eine solche Konfiguration aufweist, dass die AC-Ausgangsanschlüsse eines zweiphasigen Brückenstromkreises innerhalb oder außerhalb des Moduls kurzgeschlossen werden. Wenn also ein Drehstrommotor mit geringer Leistung verwendet wird, kann eine Halbbrückenschaltung verwendet werden, die durch getrennte obere und untere Transistoren und nicht durch die parallel geschalteten Transistoren konfiguriert wird.
Detaillierte Beschreibung der Funktionsweise
Nachfolgend wird der Betrieb der Leistungsumwandlungseinheit 100A gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die wie in 1 bis 7 dargestellt konfiguriert ist, ausführlich beschrieben. Zunächst wird in 1 (1 ist ein Blockdiagramm der gesamten Schaltung, wenn der Leistungsschalter 201 geschlossen ist) eine Gleichspannung aus der Gleichstromversorgung 200 zwischen dem positivseitigen Stromversorgungsanschluss P und dem negativseitigen Stromversorgungsanschluss N angelegt. Anschließend erhalten die die Halbbrückenschaltung bildenden Einheitsmodule 90 eine von den zahlreichen parallel geschalteten Einheitskondensatoren 113 auf der Leiterplatte 110 über die negativseitigen und positivseitigen Sammelschienen geglättete Gleichspannung. Gleichzeitig erzeugt die Konstantspannungsnetzteileinheit 133 in der Steuerschaltungseinheit 130 eine vorgegebene stabilisierte Spannung, und der Mikroprozessor 134 beginnt zu arbeiten. Der Mikroprozessor 134 steuert intermittierend die vor- und nachgeschalteten Öffnungs-/Schließelemente der Einheitsmodule 90, damit die drei Einheitsmodule eine dreiphasige Wechselspannung einer Pseudosinuswellenform erzeugen können. In diesem Fall kann eine Frequenz der dreiphasigen Wechselspannung proportional zu einer Zieldrehzahl des Motors variabel eingestellt werden.
Der Mikroprozessor 134 dient auch dazu, eine Drehposition eines Rotors unter Verwendung eines Rotationssensors zu erfassen, um dadurch zu bestimmen, ob eine Phase eines rotierenden Magnetfeldes, das durch die dreiphasigen Wicklungen erzeugt wird, in Bezug auf eine Drehphase des Rotors vor- oder zurückgeschaltet werden soll, um selektiv einen Leistungsbetrieb oder einen Bremsvorgang durch regenerative Ladung zu ermöglichen. Der von den zahlreichen Einheitskondensatoren 113 konfigurierte Leistungsglättungskondensator dient zum Glätten von Spannungsschwankungen, die durch eine Störimpedanz von Stromversorgungsleitungen verursacht werden, entsprechend dem intermittierenden Zu- und Abfluss eines Laststroms oder eines Regenerativstroms zu/von den jeweiligen Einheitsmodulen 90. Ein Effekt der Unterdrückung von Spannungsschwankungen wird verstärkt, wenn eine Menge an elektrostatischer Energie, die durch den Kondensator gespeichert werden kann, erhöht wird. Die Menge der elektrostatischen Energie ist proportional zum Produkt aus dem Quadrat einer Ladespannung und einer Kapazität. Da eine motorisch betriebene Gleichspannung in Elektrofahrzeugen im Allgemeinen 300 V bis 400 V beträgt, ist eine mit der DC48V vergleichbare Fahrzeugbatterie erforderlich, um eine Betriebsspannung unter DC60V zu erreichen, die keinen elektrischen Schlag verursacht. Um also die gleiche Menge an elektrostatischer Energie zu speichern, muss der Kondensator eine 39-fach höhere Kapazität aufweisen als die allgemeine, die sich aus 300/48=6,25 und 6,25×6,25=39 ergibt.
In diesem Zusammenhang kann der Kondensator bei Verringerung der Haltespannung verkleinert werden und eine große Kapazität gewährleisten; im tatsächlichen Betrieb ist es jedoch erforderlich, eine große Anzahl von Kondensatoren parallel zu schalten. Ein bekannter Kondensator, der für eine solche Anwendung geeignet ist, ist ein dielektrischer Polymer-Aluminium-Festelektrolytkondensator. Bei einer großen Anzahl von parallel geschalteten Kondensatoren besteht jedoch die Gefahr, dass Kapazitätsschwankungen bei jedem Kondensator und gleichwertigem Serienwiderstand auftreten und damit Schwankungen des Temperaturanstiegs auftreten, so dass eine Lebensdauer einiger Kondensatoren erheblich reduziert werden kann. Ein Ansatz zur Vermeidung eines solchen Umstandes ist die Reduzierung einer Störimpedanz der Stromversorgungsleitungen, ein anderer Ansatz ist die Parallelschaltung einer großen Anzahl von Kondensatoren mit kleiner Kapazität anstelle einer kleinen Anzahl von Kondensatoren mit großer Kapazität, um einen Welligkeitsstrom pro Kondensator zu reduzieren, ein weiterer Ansatz ist die Bereitstellung eines Wärmeübertragungsmechanismus, der es ermöglicht, die EinheitsKondensatoren auf derselben Temperatur zu halten, und ein weiterer Ansatz ist die Auswahl eines Produkts durch Sortierung, das geringere Kapazitätsschwankungen der Kondensatoren mit sich bringt.
Anschließend werden in 2 (2 ist eine interne Konfigurationsansicht) die vier Einheitskondensatoren 113 in horizontaler Richtung parallel geschaltet, und die zehn Kondensatorreihen werden in vertikaler Richtung angeordnet. Davon sind die zweite und dritte Kondensatorreihe nah an die oberen Einheitsmodule 90 und die fünfte und sechste Kondensatorreihe und die achte und neunte Kondensatorreihe ähnlich an die mittleren Einheitsmodule 90 und die unteren Einheitsmodule 90 angebaut. Weiterhin ist die vierte Kondensatorreihe zwischen dem oberen und mittleren Einheitsmodul 90 und die siebte Kondensatorreihe zwischen dem mittleren und unteren Einheitsmodul 90 angeordnet. Es ist zu beachten, dass die Einheitskondensatoren 113 der Zwischenkondensatorreihen, d.h. die vierte Kondensatorreihe und die der siebten Kondensatorreihe, einen U-Phasenstrom und einen V-Phasenstrom sowie einen V-Phasenstrom und einen W-Phasenstrom empfangen. Diese Phasenströme dürfen jedoch nicht gleichzeitig einen Maximalwert erreichen; die Ströme fließen verteilt, um jedem Modul keine große Last zuzuführen. Weiterhin sind die erste Kondensatorreihe und die zehnte Kondensatorreihe die äußersten, die an einem oberen Abschnitt der oberen Einheitsmodule 90 und einem unteren Abschnitt der unteren Einheitsmodule 90 angeordnet sind. In diesem Beispiel ist die Anzahl der Kondensatoren entsprechend der U-Phase und der W-Phase im Wesentlichen gleich der Anzahl der Kondensatoren entsprechend der V-Phase.
Als nächstes zeigen 3 und 4 (3 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung der Leiterplatte, von der die Kondensatoren der Einheit entfernt werden, und 4 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Befestigung der einzelnen Einheitskondensatoren), die positivseitigen Anschlüsse Pm und die negativseitigen Anschlüsse Nm der hohen Strom führenden Einheitsmodule 90 sind über die erste positivseitige Sammelschiene 111p und die zweite positivseitige Sammelschiene 112p sowie die erste negativseitige Sammelschiene 111n und die zweite negativseitige Sammelschiene 112n, die alle aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit geringem Widerstand bestehen, direkt mit dem positivseitigen Stromversorgungsanschluss P und dem negativseitigen Stromversorgungsanschluss N verbunden, um dadurch Spannungsabfälle durch die Stromleitungen zu unterdrücken. Darüber hinaus ist die Leiterplatte 110 durch die breiten und kurzen positivseitig Muster 110p und negativseitigen Muster 110n abgedeckt, so dass im Wesentlichen eine ganze Oberfläche davon ein Stromversorgungsmuster bildet, mit Ausnahme von Abschnitten in einem geringen Abstand ΔG zwischen jedem positivseitigen Muster 110p und jedem negativseitigen Muster 110n. Weiterhin werden die Einheitskondensatoren 113 als oberflächenmontierte Bauelemente zwischen den positivseitigen Mustern 110p und den negativseitigen Mustern 110n eingelötet, um so eine Verbindung geringen Abstands zu den positivseitigen und negativseitigen Sammelschienen zu erreichen und einen Spannungsabfall durch einen Restwelligkeitsstrom zu unterdrücken.
Als nächstes, in 5, 6A und 6B (5 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer kompletten Anordnung von Hauptteilen, 6A ist eine Ansicht zur Veranschaulichung einer internen Konfiguration des Einheitsmoduls und 6B ist eine Ansicht zur Veranschaulichung eines Anschlussplans des Einheitsmoduls), die mit der Wärmeübertragungs-Halteplatte 115 integrierte Leiterplatte 110, und das erste Öffnungs-/Schließmodul 121A und das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122A sind in Druckkontakt mit der Kühlplatte 150 über das Wärmeübertragungsfett 154 fixiert, und die Kühlplatte 150 beinhaltet darin den Kühlwasserweg 151 mit dem Einlass 152 und dem Auslass 153 für Kühlwasser, und damit Wärme erzeugende Abschnitte gleichmäßig gekühlt werden, und Verbindungsabschnitte zur Signalübertragung zwischen der Steuerplatine 135 und dem ersten Öffnungs-/Schließmodul 121A und dem zweiten Öffnungs-/Schließmodul 122A, und Verbindungsabschnitte zur Energieversorgung zwischen der Leiterplatte 110 und diesen Modulen ebenfalls integral ohne Kontaktabschnitte ausgebildet sind. Dabei weist jedes Einheitsmodul 90 einen symmetrischen Anschlussaufbau auf. Das heißt, das Einheitsmodul 90 kann auf der rechten und linken Seite der Leiterplatte 110 befestigt werden. In diesem Fall sind der positivseitige Elektrodenanschluss Pm und der negativseitige Elektrodenanschluss Nm des Einheitsmoduls 90 auf der rechten Seite diagonal symmetrisch zu dem des Einheitsmoduls 90 auf der linken Seite in vertikaler Richtung. Bei dieser Konfiguration liefern die Einheitsmodule 90 gegenüber verschiedenen Kondensatorreihen Strom zu den Kondensatoren verteilt.
Weiter, in 7 (7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Stromkreiskonfiguration), wenn die Einheitsmodule 90 im ersten Öffnungs-/Schließmodul 121A und im zweiten Öffnungs-/Schließmodul 122A intermittierend Laststrom an die ersten drei Phasenwicklungen 301 und die zweiten drei Phasenwicklungen 302 anlegen, um einen pulsierenden Strom durch sie fließen zu lassen, eine pulsierende Spannung schwankt aufgrund einer Störimpedanz der Stromversorgungsleitungen von der Gleichstromversorgung 200 zum positivseitigen Anschluss Pm und dem negativseitigen Anschluss Nm jedes Einheitsmoduls 90 und eines Innenwiderstandes der Gleichstromversorgung 200. Um die Spannungsschwankungen auszugleichen, lässt der in der Nähe der Einheitsmodule 90 vorgesehene Leistungsglättungskondensator den pulsierenden Strom in oder aus der Einheit fließen. In der ersten Ausführungsform weisen das erste Öffnungs-/Schließmodul 121A und das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122A die gleiche Phasenanordnung auf, so dass, wenn ein U1-Phasenlaststrom mit einer Pseudosinuswellenform den Maximalwert Im erreicht, ein U2-Phasenlaststrom auch den Maximalwert Im erreicht. Somit sind die Kondensatorreihen (insgesamt vier Reihen, d.h. zwei nebeneinander angeordnete Reihen, eine Zwischenreihe und eine Außenreihe) entsprechend der U1-Phase und der U2-Phase erforderlich, um einen pulsierenden Strom zu unterdrücken, der einem Laststrom entspricht, der gleichzeitig doppelt so hoch ist wie der maximale Strom Im.
Unter der Annahme, dass eine Phasendifferenz von beispielsweise etwa 30 Grad als Phasendifferenz α zwischen einer ersten dreiphasigen Spannung in Bezug auf die ersten dreiphasigen Wicklungen 301 und einer zweiten dreiphasigen Spannung in Bezug auf die zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 voreingestellt ist, kann vermieden werden, dass der maximale Strom Im gleichzeitig den Kondensatoren zugeführt wird, so dass die Kondensatoren nur einen Pulsstrom entsprechend einem Laststrom von 1,93 (sin105+sin75=1,93) mal dem maximalen Strom Im unterdrücken müssen. Eine Beschreibung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 gegeben. 8 sind erklärende Grafiken zur Darstellung einer Kennlinie einer addierten Stromwellenform. In 8 (A) ist eine U1-phasige Grundwellenform 801 eine Sinuswellenform mit einem Spitzenwert Im eines Laststroms, der in das U1-Phaseneinheitsmodul 90 fließt. In Wirklichkeit handelt es sich bei der dargestellten Welle jedoch um eine mehrstufige Pseudosinuswelle, die von Wellen hochfrequenter Welligkeitsströme überlagert wird, die durch intermittierende Operationen der Öffnungs-/Schließelemente im Einheitsmodul 90 verursacht werden. In 8 (B) ist eine U2-phasige Grundwellenform 802 eine Sinuswellenform mit dem Spitzenstrom Im eines in das U2-Phaseneinheitsmodul 90 fließenden Laststroms. In diesem Fall wird die Phase der Wellenform 802 um 30 Grad gegenüber der der U1-Phase Basiswellenform 801 verzögert. Weiterhin wird eine Pseudosinuswelle der U2-Phasen-Basiswellenform 802 ebenfalls durch einen hochfrequenten Welligkeitsstrom erzeugt, der durch intermittierende Operationen der Öffnungs-/Schließelemente im Einheitsmodul 90 verursacht wird.
In 8 (C) ist eine (U1-Phase+verzögerte U2-Phase) hinzugefügte Wellenform 812 eine Stromwellenform, die durch Hinzufügen eines momentanen Wertes der U1-Phasen-Basiswellenform 801 und der U2-Phasen-Basiswellenform 802 erhalten wird, deren Maximalwert 1,93 Im bei einem Phasenwinkel von 105 Grad beträgt. Hier variiert der Spitzenwert Im der Sinuswelle in Abhängigkeit von einem an den Drehstrommotor 300 angelegten Lastdrehmoment. Darüber hinaus wird mit zunehmendem Spitzenwert Im und zunehmendem Rotationslastmoment eine Amplitude des hochfrequenten Welligkeitsstroms entsprechend erhöht. Daher kann der Spitzenstrom Im als Indikator für die Amplitude des Welligkeitsstroms verwendet werden. Darüber hinaus dient der Leistungsglättungskondensator zur Unterdrückung einer hochfrequenten Welligkeitsspannung, die durch Multiplikation des hochfrequenten Welligkeitsstroms mit einer Störimpedanz von Stromversorgungsleitungen entsteht. Wenn also der Spitzenwert Im der Basiswelle mit zunehmender Anzeige zunimmt und die Amplitude des Welligkeitsstroms dann zunimmt, steigt auch die Amplitude der Welligkeitsspannung.
Unter der Annahme, dass die Einheitskondensatoren 113 der vier Kondensatorzwischenreihen zwischen dem rechten und linken oberen Einheitsmodul 90 zu einer oberen Kondensatorgruppe gehören, ist es daher wünschenswert, eine solche Situation zu vermeiden, dass die Ströme im Paar der rechten und linken Einheitsmodule 90 gleichzeitig ihre Spitzenwerte erreichen. In diesem Zusammenhang ist die Konfiguration von 8(C) nicht sehr effektiv bei der Reduzierung eines Spitzenwertes einer zusammengesetzten Wellenform und weniger effektiv bei der Reduzierung eines Welligkeitsstroms. Wie man die oben genannte Konfiguration verbessert, wird in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
Hauptpunkte und Merkmale der ersten Ausführungsform
Wie aus der vorstehend beschriebenen Beschreibung ersichtlich, beinhaltet die Leistungsumwandlungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform: einen Leistungsglättungskondensator, der mit einer Gleichstromversorgung 200 verbunden ist; und eine Vielzahl von Einheitsmodulen 90, die in Reihe mit Dreiphasenwicklungen eines Drehstrommotors 300 verbunden sind, der erste Dreiphasenwicklungen 301 oder die ersten Dreiphasenwicklungen 301 und zweite Dreiphasenwicklungen 302 beinhaltet, und konfiguriert sind, intermittierend Laststrom zu liefern; und eine Steuerschaltungseinheit 130, die konfiguriert ist, die Öffnungs-/Schließsteuerung der Vielzahl von Einheitsmodulen 90 so auszuführen, dass eine Art von dreiphasiger Wechselspannung an eine der ersten drei Phasenwicklungen 301 angelegt wird, und die ersten drei Phasenwicklungen 301 und die zweiten drei Phasenwicklungen 302, oder zwei Arten von dreiphasigen Wechselspannungen mit einer vorbestimmten Phasendifferenz dazwischen an die ersten drei Phasenwicklungen 301 und die zweiten drei Phasenwicklungen 302 angelegt werden, und derart, dass die dreiphasigen Wechselspannungen jeweils eine Beziehung mit einer variablen Frequenz der gleichen Frequenz aufweisen, worin der Leistungsglättungskondensator durch eine Anordnung aus einer Vielzahl von Einheitskondensatoren konfiguriert ist, die leitfähige Polymer-Festaluminium-Elektrolytkondensatoren oder leitfähige Polymer-Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind, wobei die Vielzahl von Einheitskondensatoren 113 unter Verwendung einer Leiterplatte 110 parallel geschaltet ist, wobei auf der Leiterplatte 110 eine Vielzahl von positivseitigen Mustern 110p und eine Vielzahl von negativseitigen Mustern 110n, die sich jeweils in einer horizontalen Richtung erstrecken, abwechselnd in einer vertikalen Richtung angeordnet sind, so dass entsprechende der Vielzahl von Einheitskondensatoren 113 zwischen benachbarten der positivseitigen Muster 110p und den negativseitigen Mustern 110n eingelötet sind, ein unterstes der positivseitigen Muster 110p mit einem positivseitigen Stromversorgungsanschluss P verbunden ist und ein unteres der negativseitigen Muster 110n mit einem negativseitigen Stromversorgungsanschluss N verbunden ist.
Die rechten Enden der Vielzahl von positivseitigen Mustern 110p und die linken Enden davon sind jeweils miteinander über eine entsprechende einer ersten positivseitigen Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung 111p und einer zweiten positivseitigen Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung 112p verbunden, wobei die rechten Enden der Vielzahl von negativseitigen Mustern 110n und die linken Enden derselben jeweils über eine entsprechende einer ersten negativseitigen Sammelschiene 111n aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und einer zweiten negativseitigen Sammelschiene 112n aus Kupfer oder einer Kupferlegierung miteinander verbunden sind, wobei die erste positivseitige Sammelschiene 111p und die erste negativseitige Sammelschiene 111n konfiguriert sind, sich parallel in vertikaler Richtung zu erstrecken, und sind mit entsprechenden von positivseitigen Elektrodenanschlüssen Pm und negativseitigen Elektrodenanschlüssen Nm von drei Einheitsmodulen 90 verbunden, die aus der Vielzahl von Einheitsmodulen 90 ein erstes Öffnungs-/Schließmodul 121A bilden, und AC-Elektrodenanschlüsse AC, die den drei Einheitsmodulen zur Verfügung gestellt werden, sind mit den ersten dreiphasigen Wicklungen 301 verbunden, und wobei die zweite positivseitige Sammelschiene 112p und die zweite negativseitige Sammelschiene 112n konfiguriert sind, sich parallel in vertikaler Richtung zu erstrecken, und sind, wenn die zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 vorgesehen sind, mit entsprechenden von positivseitigen Elektrodenanschlüssen Pm und negativseitigen Elektrodenanschlüssen Nm von drei Einheitsmodulen 90 verbunden, die aus der Vielzahl der Einheitsmodule 90 ein zweites Öffnungs-/Schließmodul 122A bilden, und die den drei Einheitsmodulen bereitgestellten AC-Elektrodenanschlüsse AC mit den zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 verbunden sind.
Zwischen den positivseitigen Mustern 110p und den negativseitigen Mustern 110n auf der Leiterplatte 110n sind die Kondensatorreihen mit jeweils drei bis fünf der parallel geschalteten Einheitskondensatoren 113 gebildet, in den Kondensatorreihen sind jeweils zwei, insgesamt sechs der Kondensatorreihen rechts oder links von jeweils drei Einheitsmodulen 90 nebeneinander angeordnet, einschließlich eines oberen Einheitsmoduls, eines ZwischenEinheitsmoduls 90 und eines unteren Einheitsmoduls; eine der zehn Kondensatorreihen zwischen dem oberen Einheitsmodul und dem ZwischenEinheitsmodul und zwischen dem unteren Einheitsmodul und dem ZwischenEinheitsmodul angeordnet ist; und eine der Kondensatorreihen zusätzlich über einer der obersten Kondensatorreihen und unter einer der untersten Kondensatorreihen angeordnet ist, um dadurch insgesamt 10 Reihen der Kondensatorreihen zu bilden.
Wie vorstehend beschrieben, erreicht die Leistungsumwandlungseinheit in Bezug auf den Anspruch 2 der vorliegenden Erfindung das folgende Merkmal. Die Kondensatoren der drei oder fünf Einheiten sind parallel pro Reihe auf der Leiterplatte angeschlossen, die zur Bildung des Leistungsglättungskondensators dient. Darüber hinaus sind jeweils zwei Einheitskondensatoren, die angrenzend an die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Module angeordnet sind, so konfiguriert, dass sie hauptsächlich in Verbindung mit der Zwischenreihe oder den äußeren Kondensatorreihen in Bezug auf die Einheitsmodule arbeiten. Dabei weisen die in den U- und V-Phasen-Einheitsmodulen oder den V- und W-Phasen-Einheitsmodulen fließenden Lastströme eine Phasendifferenz von 120 Grad auf und erreichen somit nicht gleichzeitig den Maximalwert. Daher wirkt die Kondensatorreihe, die zwischen der U-Phase und der V-Phase oder zwischen der V-Phase und der W-Phase angeordnet ist, mit einiger Verzögerung auf diese beiden Phasen ein, um dadurch eine Funktion zu erreichen, die im Wesentlichen gleichwertig ist mit einer zusätzlichen Kondensatorreihe angrenzend an die beiden Phasen, und reduziert so eine Gesamtzahl von Kondensatorreihen. Weiterhin kann die Kondensatorreihe, die an den äußeren Positionen jedes der U-Phasen-Einheitsmodule und des W-Phasen-Einheitsmoduls angeordnet ist, eine Glättungsfunktion aufrechterhalten, die derjenigen jeder Kondensatorreihe entspricht, die der V-Phase entspricht, auch wenn die Anzahl der Kondensatoren pro Reihe reduziert ist. Dieser Effekt gilt auch für die zweite Ausführungsform.
Die Leiterplatte 110 ist ein isolierendes Substrat mit einer Vorderfläche, an der eine oberflächenleitende Schicht 114 haftet, um die Vielzahl der positivseitigen Muster 110p und die Vielzahl der negativseitigen Muster 110n zu bilden, und eine Halteplatte 115 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für die Wärmeübertragung ist auf einer Rückseite des isolierenden Substrats befestigt. Wie vorstehend beschrieben, erreicht die Leistungsumwandlungseinheit in Bezug auf den Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung das folgende Merkmal. Die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigte Wärmeübertragungs-Halteplatte befindet sich auf der Rückseite der Leiterplatte, die den Leistungsglättungskondensator bildet. Selbst wenn die Vielzahl der Einheitskondensatoren in der Leistungsaufnahme variiert, sorgt die Wärmeübertragungs-Halteplatte somit für eine gleichmäßige Leistungsaufnahme. Darüber hinaus weisen jede Sammelschiene und die Wärmeübertragungs-Halteplatte den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf, um so eine thermische Krümmung oder Verformung der Leiterplatte zu verhindern. Dieser Effekt gilt auch für die zweite Ausführungsform.
Jedes der Einheitsmodule 90 bildet einen Halbbrückenstromkreis in quadratischer Form, wobei der Halbbrückenstromkreis mindestens eines von einem ersten stromaufwärts öffnenden/schließenden Element 91 und einem zweiten stromaufwärts öffnenden/schließenden Element 92 beinhaltet, die mit dem positivseitigen Elektrodenanschluss Pm verbunden sind, mindestens eines von einem ersten stromabwärts öffnenden/schließenden Element 93 und einem zweiten stromabwärts öffnenden/schließenden Element 94, das mit dem negativseitigen Elektrodenanschluss Nm verbunden ist, stromaufwärts angeordnete Gate-Treiberanschlüsse 95, die für das erste stromaufwärts angeordnete Öffnungs-/Schließelement 91 und das zweite stromaufwärts angeordnete Öffnungs-/Schließelement 92, stromabwärts angeordnete Gate-Treiberanschlüsse 96 für das erste stromabwärts angeordnete Öffnungs-/Schließelement 93 und das zweite stromabwärts angeordnete Öffnungs-/Schließelement 94 und den AC-Elektrodenanschluss AC, der an einem Knoten zwischen dem ersten und dem zweiten stromaufwärts angeordneten Öffnungs-/Schließelement 91 vorgesehen ist, und die ersten und zweiten nachgeschalteten Öffnungs-/Schließelemente 93, 94, wobei der positivseitige Elektrodenanschluss Pm und der negativseitige Elektrodenanschluss Nm lokal auf einer Seite eines Seitenpaares der quadratischen Form angeordnet sind, und der AC-Elektrodenanschluss AC lokal auf einer anderen Seite des einen Seitenpaares der quadratischen Form an einer Position diagonal zu dem positivseitigen Elektrodenanschluss Pm und dem negativseitigen Elektrodenanschluss Nm angeordnet ist, und wobei die stromaufwärts gerichteten Gate-Treiberanschlüsse 95 und die stromabwärts gerichteten Gate-Treiberanschlüsse 96 neben dem positivseitigen Elektrodenanschluss Pm und dem negativseitigen Elektrodenanschluss Nm oder dem AC-Elektrodenanschluss AC auf der einen Seite oder der anderen Seite des einen Seitenpaares der Quadratform angeordnet sind.
Wie vorstehend beschrieben, sind nach Anspruch 4 der vorliegenden Erfindung der positivseitige Elektrodenanschluss Pm und der negativseitige Elektrodenanschluss Nm auf einer Seite des Einheitsmoduls mit quadratischer Form vorgespannt angeordnet. Wenn also die gleichen Einheitsmodule auf der rechten und linken Seite der Leiterplatte angeordnet sind, die ein Aggregat der Einheitskondensatoren sind, sind der positivseitige Elektrodenanschluss Pm und der negativseitige Elektrodenanschluss Nm eines Einheitsmoduls auf den Ober- oder Unterseiten des positivseitigen Elektrodenanschlusses Pm und der negativseitige Elektrodenanschluss Nm eines anderen Einheitsmoduls in Kreuzverzahnung vorgesehen, um einer Einheitskondensatorgruppe mit Einheitskondensatoren in einem anderen Gruppenbereich gegenüberzustehen. Somit weist die zweite Ausführungsform eine Eigenschaft auf, bei der eine effektive Kondensatorleistung durch Anordnen des positivseitigen Elektrodenanschlusses Pm und des negativseitigen Elektrodenanschlusses Nm erhöht werden kann, um einer großflächigen Kondensatorgruppe gegenüberzustellen, im Vergleich zu einem Fall, in dem der positivseitige Elektrodenanschluss Pm und der negativseitige Elektrodenanschluss Nm des Öffnungs-/Schließmoduls in einem Zwischenabschnitt des Quadrats angeordnet sind. Dies gilt auch für die dritte Ausführungsform.
Eine Leistungsumwandlungseinheit nach Anspruch 1 oder 4,
wobei die erste positivseitige Sammelschiene 111p und die zweite positivseitige Sammelschiene 112p jeweils durch sequentielles Biegen in einem rechten Winkel gebildet werden, so dass eine Vielzahl von Lötanschlussabschnitten 1p an den linken Enden und den rechten Enden der positivseitigen Muster 110p der Leiterplatte 110p, einem Sammelschienen-Hauptkörper 2p, der sich vertikal erstreckt, einer Vielzahl von nahen Verbindungsabschnitten 3p und positivseitigen Schweißverbindungsabschnitten 4p zu löten sind,
wobei die positivseitigen Schweißverbindungsabschnitte 4p jeweils einen planaren Abschnitt orthogonal zur Leiterplatte 110 bilden, der als Schweißverbindungsfläche dient, die mit den positivseitigen Stromversorgungsanschlüssen Pm der Einheitsmodule 90 in Kontakt gebracht wird,
wobei die erste negativseitige Sammelschiene 111n und die zweite negativseitige Sammelschiene 112n jeweils durch sequentielles Biegen einer Vielzahl von Lötanschlussabschnitten 1n unter einem rechten Winkel gebildet werden, die an die rechten Enden und die linken Enden der negativseitigen Muster 110n der Leiterplatte 110n, einem vertikal verlaufenden Sammelschienen-Hauptkörper 2n, einer Vielzahl von nahen Verbindungsabschnitten 3n und negativseitigen Schweißverbindungsabschnitten 4n, zu lösten sind, und wobei die negativseitigen Schweißverbindungsabschnitte 4n jeweils planare Abschnitte orthogonal zur Leiterplatte 110 bilden, die als Schweißverbindungsflächen dienen, die konfiguriert sind, an den negativseitigen Elektrodenanschlüssen Nm der Einheitsmodule 90 anzuschließen.
Wie vorstehend beschrieben, erreicht die Leistungsumwandlungseinheit in Bezug auf Anspruch 5 der vorliegenden Erfindung das folgende Merkmal. Das Paar der auf der rechten und linken Seite der Leiterplatte angeordneten positivseitigen und negativseitigen Sammelschienen beinhaltet jeweils die Lötanschlussabschnitte, die Sammelschienen-Hauptkörper, die nahen Anschlussabschnitte und die Schweißverbindungsabschnitte, die durch aufeinanderfolgendes Biegen der Sammelschienen im rechten Winkel in entgegengesetzte Richtungen gebildet werden. Jeder Schweißverbindungsabschnitt beinhaltet einen planaren Abschnitt orthogonal zur Leiterplatte; der planare Abschnitt wird durch Schweißen mit einem entsprechenden der positivseitigen Stromversorgungsanschlüsse und der negativseitigen Stromversorgungsanschlüsse eines entsprechenden Einheitsmoduls verbunden. Dementsprechend können die Leiterplatte und jedes Einheitsmodul in geringem Abstand installiert werden, und ihre Schweißflächen können durch jeden nahen Verbindungsabschnitt jeder Sammelschiene miteinander in Kontakt gebracht werden. Dieser Effekt gilt auch für die zweite Ausführungsform.
Zweite Ausführungsform
Detaillierte Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs
Unter Bezugnahme auf 9 wird im Folgenden eine detaillierte Beschreibung einer Konfiguration einer Leistungsumwandlungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben, die sich auf Unterschiede zur Leistungsumwandlungseinheit von 1 konzentriert. 9 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer kompletten Schaltung davon. In den Zeichnungen werden identische oder gleichwertige Komponenten durch identische Referenzsymbole gekennzeichnet, und die Komponenten der ersten und zweiten Ausführungsform werden durch den letzten Großbuchstaben des Referenzsymbols wie die Leistungsumwandlungseinheit 100A und eine Leistungsumwandlungseinheit 100B gekennzeichnet. In 9 besteht ein Hauptunterschied zur Konfiguration von 1 darin, dass der Drehstrommotor 300 von 9 getrennte erste dreiphasige Wicklungen 301 und zweite dreiphasige Wicklungen 302 beinhaltet, und die Leistungsumwandlungseinheit 100B ein erstes Öffnungs-/Schließmodul 121B und ein zweites Öffnungs-/Schließmodul 122B beinhaltet. Bezüglich der anderen Komponenten, d.h. die Leiterplatte 110 auf der die Vielzahl von parallel geschalteten Einheitskondensatoren 113 ausgebildet sind, um dadurch einen Leistungsglättungskondensator zu bilden, die sechs Einheitsmodule 90, die das erste Öffnungs-/Schließmodul 121B und das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122B bilden, und die Steuerschaltungseinheit 130, wobei diese Komponenten ähnlich wie die Konfiguration von 1 sind, mit der Ausnahme, dass die Phasen um eins verschoben sind, insbesondere ist die Phasenanordnung U1, V1 und W1 im ersten Öffnungs-/Schließmodul 121B, aber V2, W2 und U2 im zweiten Öffnungs-/Schließmodul 122B.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 10 die Konfiguration einer Leistungsschaltung der Leistungsumwandlungseinheit von 9 beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Unterschieden zu der von 7 liegt. 10 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Leistungsschaltung davon. In 7 bilden die drei Einheitsmodule 90, die mit den ersten drei Phasenwicklungen 301 des Drehstrommotors 300 verbunden sind, das erste Öffnungs-/Schließmodul 121B und die drei Einheitsmodule 90, die mit den zweiten drei Phasenwicklungen 302 verbunden sind, das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122B. Weiterhin ist die Leiterplatte 110 zwischen dem positivseitigen Stromversorgungsanschluss P und dem negativseitigen Stromversorgungsanschluss N angeordnet, die eine Gleichstromversorgungsspannung empfangen. Auf der Leiterplatte 110 sind die zahlreichen Einheitskondensatoren 113 parallel geschaltet, um einen Leistungsglättungskondensator zu bilden. Weiterhin sind im ersten Öffnungs-/Schließmodul 121B die U1-Phase, die V1-Phase und die W1-Phase mit den ersten drei Phasenwicklungen 301 in der angegebenen Reihenfolge verbunden, während im zweiten Öffnungs-/Schließmodul 122B die V2-Phase, die W2-Phase und die U2-Phase mit den zweiten drei Phasenwicklungen 302 in der angegebenen Reihenfolge verbunden sind.
Bei dieser Konfiguration stellt eine der Kondensatorgruppen auf der Leiterplatte 110 den U1-Phasen- und V2-Phasen-Einheitsmodulen 90, eine mittlere den V1-Phasen- und W2-Phasen-Einheitsmodulen 90 und die verbleibende den W1-Phasen- und U2-Phasen-Einheitsmodulen 90 gegenüber. Wenn die rechten und linken Einheitsmodule 90 in unterschiedlichen Phasenordnungen angeordnet sind, so dass die Kondensatoren den Einheitsmodulen 90 verschiedener Phasen gegenübergestellt werden können, erreichen die in ein Paar Einheitsmodule 90 fließenden Lastströme mit einiger Verzögerung den Maximalwert. In diesem Fall entspricht eine Gesamtmenge der maximalen Ströme einer Strommenge in einem Einheitsmodul 90, so dass eine Last auf jede Einheitskondensatorgruppe auf die Hälfte einer aufgebrachten Last reduziert werden kann, wenn die Kondensatoren an die Einheitsmodule 90 der gleichen Phase angeschlossen werden. Diese Konfiguration entspricht einer solchen Konfiguration, dass eine Phasendifferenz von 120 Grad zwischen der an die ersten dreiphasigen Wicklungen 301 angelegten dreiphasigen Wechselspannung und der an die zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 in der ersten Ausführungsform eingestellt wird.
Eine detaillierte Beschreibung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die 11 gegeben. 11 sind erklärende Grafiken zur Darstellung einer Kennlinie einer addierten Stromwellenform. In 8(A) ist eine U1-phasige Grundwellenform 801 eine Sinuswellenform mit einem Spitzenwert Im eines Laststroms, der in das U1-Phaseneinheitsmodul 90 fließt. In Wirklichkeit handelt es sich bei der dargestellten Welle jedoch um eine mehrstufige Pseudosinuswelle, die durch eine Welle eines hochfrequenten Welligkeitsstroms ausgelöst wird, der durch intermittierende Operationen der Öffnungs-/Schließelemente im Einheitsmodul 90 verursacht wird. In 11 (B) ist eine V2-phasige Grundwellenform 803 eine Sinuswellenform mit dem Spitzenstrom Im eines in das U2-Phasenmodul 90 fließenden Laststroms. In diesem Fall wird die Phase der Wellenform 802 um 120 Grad gegenüber der der U1-Phasen-Basiswellenform 801 verzögert. Weiterhin wird eine Pseudosinuswelle der V2-Phasen-Basiswellenform 803 ebenfalls durch einen hochfrequenten Welligkeitsstrom erzeugt, der durch intermittierende Operationen der Öffnungs-/Schließelemente im Einheitsmodul 90 verursacht wird. In 11(C) ist eine (U1-Phase+V2-Phase) hinzugefügte Wellenform 813 eine aktuelle Wellenform, die durch Hinzufügen eines Instantons der U1-Phasen-Basiswellenform 801 und derjenigen der V2-Phasen-Basiswellenform 803 erhalten wird, und der Maximalwert der Wellenform erscheint an drei verteilten Punkten, d.h. Phasenwinkeln von 90 Grad, 150 Grad und 210 Grad. Dieser Maximalwert Im entspricht einem Wert einer Phase einer Basiswelle.
Anschließend wird eine Beschreibung einer in den 12 dargestellten Kennlinie gegeben. 12 sind erklärende Grafiken zur Darstellung der Kennlinie einer zweiten addierten Stromwellenform. In 12(A) ist die U1-phasige Grundwellenform 801 eine Sinuswellenform mit einem Spitzenwert Im eines in das U1-Phaseneinheitsmodul 90 fließenden Laststroms. In Wirklichkeit handelt es sich bei der dargestellten Welle jedoch um eine mehrstufige Pseudosinuswelle, die durch eine Welle eines hochfrequenten Welligkeitsstroms ausgelöst wird, der durch intermittierende Operationen der Öffnungs-/Schließelemente im Einheitsmodul 90, wie vorstehend beschrieben, verursacht wird. In 12(B) ist eine 30-Grad fortgeschrittene V2-Phasen-Wellenform 804 eine Sinus-Wellenform mit dem Spitzenstrom Im, eines Laststroms, der in das V2-Phaseneinheitsmodul 90 fließt. In diesem Fall wird die Phase der Wellenform 804 um 30 Grad gegenüber der V2-Phasen-Basiswellenform 803 aus 11 (B) verschoben. Weiterhin wird eine Pseudosinuswelle der 30-Grad fortgeschrittenen V2-Phasen-Wellenform 804 ebenfalls durch einen hochfrequenten Welligkeitsstrom erzeugt, der durch intermittierende Operationen der Öffnungs-/Schließelemente im Einheitsmodul 90 verursacht wird. In 12 (C) ist eine (U1-Phase+vorgerückteV2-Phase) hinzugefügte Wellenform 814 eine aktuelle Wellenform, die durch Hinzufügen eines momentanen Wertes der U1-Phasen-Basiswellenform 801 und derjenigen der 30-Grad fortgeschrittenen V2-Phasenwellenform 804 erhalten wird, und der maximale Wert davon beträgt 1,41 Im bei dem Phasenwinkel von 135 Grad.
Anschließend wird eine Beschreibung einer in den 13 dargestellten Kennlinie gegeben. 13 sind erklärende Grafiken zur Darstellung der Kennlinie einer dritten addierten Stromwellenform. In 13(A) ist die U1-phasige Grundwellenform 801 eine Sinuswellenform mit einem Spitzenwert Im eines in das U1-Phaseneinheitsmodul 90 fließenden Laststroms. In Wirklichkeit handelt es sich bei der dargestellten Welle jedoch um eine mehrstufige Pseudosinuswelle, die durch eine Welle eines hochfrequenten Welligkeitsstroms ausgelöst wird, der durch intermittierende Operationen der Öffnungs-/Schließelemente im Einheitsmodul 90, wie vorstehend beschrieben, verursacht wird. In 13(B) ist eine 30-Grad verzögerte V2-Phasen-Wellenform 805 eine Sinus-Wellenform mit dem Spitzenstrom Im eines in das V2-Phaseneinheitsmodul 90 fließenden Laststroms. In diesem Fall wird die Phase der Wellenform 804 um 30 Grad gegenüber der V2-Phasen-Basiswellenform 803 aus 11 (B) verschoben. Weiterhin wird eine Pseudosinuswelle der 30-Grad fortgeschrittenen V2-Phasen-Wellenform 804 ebenfalls durch einen hochfrequenten Welligkeitsstrom erzeugt, der durch intermittierende Operationen der Öffnungs-/Schließelemente im Einheitsmodul 90 verursacht wird. In 13(C) ist eine (U1-Phase+V2-Phase) hinzugefügte Wellenform 815 eine aktuelle Wellenform, die durch Hinzufügen eines Instantons der U1-Phase Grundwellenform 801 und der verzögerten V2-Phase Wellenform 805 erhalten wird, und der Maximalwert der Wellenform erscheint an zwei verteilten Punkten, d.h. Phasenwinkeln von 90 Grad und 240 Grad. Dieser Maximalwert Im entspricht einem Wert einer Phase einer Basiswelle.
Wenn also keine Steuerung zur Unterdrückung von Welligkeitsschwankungen während der Motordrehung durchgeführt wird, wird eine Phasendifferenz von 120 Grad zwischen dem linken Einheitsmodul 90 der U1-Phase und einem entsprechenden rechtshändigen oberen Einheitsmodul 90, zwischen dem linken Einheitsmodul 90 der V1- Phase und einem entsprechenden rechtshändigen mittleren Einheitsmodul 90 und zwischen dem linkshändigen Einheitsmodul 90 der W1-Phase und einem entsprechenden rechtshändigen unteren Einheitsmodul 90 eingestellt, wie in den 11 dargestellt. Mit dieser Operation kann der Maximalwert Im jedes addierten Stroms auf einen Wert reduziert werden, der einer Phase einer Basiswelle entspricht. Weiterhin wird bei jeder Steuerung zur Unterdrückung von Welligkeitsschwankungen während der Motordrehung eine Phasendifferenz von 150 Grad zwischen dem linken Einheitsmodul 90 der U1-Phase und einem entsprechenden rechtshändigen oberen Einheitsmodul 90, zwischen dem linken Einheitsmodul 90 der V1- Phase und einem entsprechenden rechtshändigen mittleren Einheitsmodul 90 sowie zwischen dem linken Einheitsmodul 90 der W1-Phase und einem entsprechenden rechtshändigen unteren Einheitsmodul 90 eingestellt. Bei diesem Vorgang wird der Maximalwert Im jedes addierten Stroms auf einen Wert unterdrückt, der einer Phase einer Basiswelle entspricht.
In der Zwischenzeit, wie in 12 dargestellt, wenn eine Phasendifferenz von 90 Grad zwischen einem Paar von Modulen der rechten und linken Einheit 90 eingestellt wird, beträgt der Maximalwert jedes zusätzlichen Stroms unerwünscht 1,41 Im. Im oben genannten Beispiel, wenn die AC-Ausgangsanschlüsse V2, W2 und U2 der drei rechten Einheitsmodule 90 aus 9 in der angegebenen Reihenfolge ähnlich den drei linken Einheitsmodulen 90 angeordnet sind. In diesem Fall, wenn eine Phasendifferenz von 120 Grad oder 150 Grad zwischen U1 und U2, V1 und V2 und W1 und W2 eingestellt wird, können die gleichen betrieblichen Effekte wie bei den oben genannten erzielt werden. Weiterhin sind in 1 und 9 die rechte und rechte Seite sowie die Ober- und Unterseite nur zur besseren Veranschaulichung der Ausführungsformen definiert und eigentlich nicht dazu bestimmt, die Richtung des Papiers anzugeben, d.h. festzulegen, ob eine Zielkomponente von der Vorderseite des Papiers oder dessen Rückseite und von der Oberseite des Papiers oder dessen Unterseite aus betrachtet wird. Die vorliegende Erfindung umfasst daher Varianten mit unterschiedlichen vertikalen und horizontalen Positionen. Darüber hinaus ist das Produkt der vorliegenden Erfindung an einer beliebigen Zelloberfläche, einer Bodenoberfläche und einer Wandfläche befestigbar. Die dargestellte Richtung ist keine, die die vertikale Richtung für die Befestigung angibt. Unter der Annahme, dass das Produkt an der Wandoberfläche befestigt ist, kann das Produkt frei befestigt werden, während es vertikal oder horizontal ausgerichtet ist.
Hauptpunkte und Merkmale der zweiten Ausführungsform
Wie aus der vorstehend beschriebenen Beschreibung ersichtlich ist, beinhaltet eine Leistungsumwandlungseinheit 100B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: einen Leistungsglättungskondensator, der mit einer Gleichstromversorgung 200 verbunden ist; und eine Vielzahl von Einheitsmodulen 90, die in Reihe mit Dreiphasenwicklungen eines Drehstrommotors 300 mit ersten Dreiphasenwicklungen 301 oder den ersten Dreiphasenwicklungen 301 und zweiten Dreiphasenwicklungen 302 verbunden sind, um intermittierend Laststrom zu liefern; und eine Steuerschaltungseinheit 130, die konfiguriert ist, die Öffnungs-/Schließsteuerung der Vielzahl von Einheitsmodulen 90 so auszuführen, dass eine Art von dreiphasiger Wechselspannung oder eine Art von dreiphasiger Wechselspannung an eine der ersten drei Phasenwicklungen 301 und die ersten drei Phasenwicklungen 301 und die zweiten drei Phasenwicklungen 302 angelegt werden, oder zwei Arten von dreiphasigen Wechselspannungen mit einer vorbestimmten Phasendifferenz an die ersten dreiphasigen Wicklungen 301 und die zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 angelegt werden, so dass die dreiphasigen Wechselspannungen der gleichen Frequenz eine variable Frequenz zu haben scheinen, wobei der Leistungsglättungskondensator durch eine Anordnung einer Vielzahl von Einheitskondensatoren konfiguriert ist, die leitfähige Polymer-Festaluminium-Elektrolytkondensatoren oder leitfähige Polymer-Hybridaluminium-Elektrolytkondensatoren sind, wobei die Einheitskondensatoren 113 unter Verwendung einer Leiterplatte 110 parallel geschaltet sind, wobei auf der Leiterplatte 110 eine Vielzahl von positivseitigen Mustern 110p und eine Vielzahl von negativseitigen Mustern 110n abwechselnd in vertikaler Richtung angeordnet sind, die sich in einer horizontalen Richtung erstrecken, so dass die entsprechende Vielzahl von Einheitskondensatoren 113 zwischen benachbarten der positivseitigen Muster 110p und den negativseitigen Mustern 110n eingelötet sind, wobei ein unterstes der positivseitigen Muster 110p mit einem positivseitigen Stromversorgungsanschluss P verbunden ist und ein unteres der negativseitigen Muster 110n mit einem negativseitigen Stromversorgungsanschluss N verbunden ist.
Rechte Enden der Vielzahl von positivseitigen Mustern 110p und linke Enden davon sind jeweils über eine entsprechende einer ersten positivseitigen Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung 111p und einer zweiten positivseitigen Sammelschiene 112p aus Kupfer oder einer Kupferlegierung miteinander verbunden, wobei die rechten Enden der Vielzahl von negativseitigen Mustern 110n und die linken Enden derselben jeweils über eine entsprechende einer ersten negativseitigen Sammelschiene 111n aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und einer zweiten negativseitigen Sammelschiene 112n aus Kupfer oder einer Kupferlegierung miteinander verbunden sind, wobei sich die erste positivseitige Sammelschiene 111p und die erste negativseitige Sammelschiene 111n parallel in vertikaler Richtung erstrecken, und sind mit entsprechenden von positivseitigen Elektrodenanschlüssen Pm und negativseitigen Elektrodenanschlüssen Nm von drei Einheitsmodulen 90 verbunden, die aus der Vielzahl von Einheitsmodulen 90 ein erstes Öffnungs-/Schließmodul 121B bilden, und AC-Elektrodenanschlüsse AC der drei Einheitsmodule sind mit den ersten drei Phasenwicklungen 301 verbunden, und wobei sich die zweite positivseitige Sammelschiene 112p und die zweite negativseitige Sammelschiene 112n parallel in vertikaler Richtung erstrecken, und sind, wenn die zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 vorgesehen sind, mit entsprechenden von positivseitigen Elektrodenanschlüssen Pm und negativseitigen Elektrodenanschlüssen Nm von drei Einheitsmodulen 90 verbunden, die aus der Vielzahl der Einheitsmodule 90 ein zweites Öffnungs-/Schließmodul 122B bilden, und AC-Elektrodenanschlüsse AC der drei Einheitsmodule sind mit den zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 verbunden.
Wenn der Drehstrommotor 300 die ersten dreiphasigen Wicklungen 301 und die zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 beinhaltet, und ein Paar dreiphasiger Wechselspannungen mit einer Phasendifferenz α, die gleich Null oder einer vorbestimmten Phasendifferenz α ist, an die ersten dreiphasigen Wicklungen 301 und die zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 angelegt werden, werden die drei Einheitsmodule 90 auf der linken Seite der Leiterplatte 110, die das erste Öffnungs-/Schließmodul 121B bilden, das zum Zuführen eines Stroms zu den ersten drei Phasenwicklungen 301 verwendet wird, und die drei Einheitsmodule 90 auf der rechten Seite der Leiterplatte 110, die das zweite Öffnungs-/Schließmodul 122B bilden, das zum Zuführen eines Stroms zu den zweiten drei Phasenwicklungen 302 verwendet wird, damit verbunden sind, während sie um eine Phase in diagonal symmetrischer Form verschoben werden.
Wie vorstehend beschrieben, erreicht die Leistungsumwandlungseinheit in Bezug auf den Anspruch 6 der vorliegenden Erfindung das folgende Merkmal. Die Einheitsmodule auf der linken Seite der Leiterplatte sind beispielsweise in der Reihenfolge der U1-Phase, der V1- Phase und der W1-Phase angeordnet, während die Einheitsmodule auf der rechten Seite der Leiterplatte beispielsweise in der Reihenfolge der V2-Phase, der W2-Phase, angeordnet sind, und der U2-Phase, so dass das Einheitsmodul der U1-Phase und das der V2-Phase, das Einheitsmodul der V1-Phase und das der W2-Phase und das Einheitsmodul der W1-Phase und das der U2-Phase auf der Leiterplatte einander gegenüberliegen. Betrachtet man also im Vergleich eine Anordnung, in der die Phasendifferenz α=0, d.h. die rechten und linken Einheitsmodule sind gleichphasig, und eine andere Anordnung, in der die rechten und linken Einheitsmodule eine Phasendifferenz von 120 Grad aufweisen, so fließt der maximale Laststrom durch die rechten und linken Einheitsmodule gleichzeitig in der ersten Anordnung, während in der zweiten Anordnung der maximale Laststrom durch ein Einheitsmodul fließt, während kein Laststrom durch ein anderes Einheitsmodul fließt, so dass der gesamte maximale Laststrom, der durch die rechten und linken Einheitsmodule fließt, auf einen durch ein Einheitsmodul fließenden Strom reduziert wird. Dadurch können die in der Vielzahl der zwischen dem Einheitsmodulpaar angeordneten Einheitskondensatorgruppen erzeugten Welligkeiten erheblich reduziert werden. Es ist zu beachten, dass auch bei der Einstellung der typischen Phasendifferenz α von 30 Grad zwischen den ersten drei Phasenwicklungen und den zweiten drei Phasenwicklungen in einem Fall, in dem die Phasendifferenz zwischen der U1-Phase und der V2-Phase auf 150 Grad (120+30=150) eingestellt ist, der maximale Laststrom demjenigen in einem Einheitsmodul entspricht. Dieser Wert ist deutlich kleiner als der maximale Laststrom von doppelt so viel wie der allgemeine, der erzeugt wird, wenn die beiden Einheitsmodule die gleiche Phase aufweisen.
Wenn der Drehstrommotor 300 die ersten dreiphasigen Wicklungen 301 und die zweiten dreiphasigen Wicklungen 302 beinhaltet und die Einheitsmodule 90 diagonal symmetrisch damit verbunden sind, weist ein Paar von rechten und linken Einheitsmodulen 90 die Phasendifferenz von (120+30) Grad auf. Wie vorstehend beschrieben, erreicht die Leistungsumwandlungseinheit in Bezug auf Anspruch 7 das folgende Merkmal. Die Einheitsmodule auf der linken Seite der Leiterplatte sind in der Reihenfolge z.B. der U1-Phase, der V1-Phase und der W1-Phase angeordnet, während die Einheitsmodule auf der rechten Seite der Leiterplatte in der Reihenfolge z.B. der V2-Phase angeordnet sind, die W2-Phase und die U2-Phase, so dass das U1-Phasen-Einheitsmodul und das V2-Phasen-Einheitsmodul, das V1-Phasen-Einheitsmodul und das W2-Phasen-Einheitsmodul und das W1-Phasen-Einheitsmodul und das U2-Phasen-Einheitsmodul auf der Leiterplatte einander gegenüberliegen. Zusätzlich wird die Phasendifferenz von (120+30) Grad zwischen der U1-Phase und der V2-Phase, zwischen der V1-Phase und der W2-Phase sowie zwischen der W1-Phase und der U2-Phase eingestellt. Dementsprechend wird die bei der Motordrehung erzeugte Welligkeit durch die Einstellung der zusätzlichen Phasendifferenz von 30 Grad reduziert. Darüber hinaus wird der gesamte maximale Laststrom, der in das rechte und linke Einheitsmodul fließt, auf einen Strom, der in ein Einheitsmodul fließt, halbiert, so dass die Welligkeitsströme, die in der Vielzahl von zwischen dem Einheitsmodulpaar angeordneten Einheitskondensatorgruppen erzeugt werden, erheblich reduziert werden können. Wenn hier die Phasendifferenz von (120-30) Grad anstelle von (120+30) Grad eingestellt wird, erhält man den gleichen Effekt der Unterdrückung der Welligkeit während der Motordrehung, aber der gesamte maximale Laststrom, der in die rechten und linken Einheitsmodule fließt, beträgt das 1, 41-fache des Stroms, der in ein Einheitsmodul fließt. Diese Erhöhung hebt den Effekt der Unterdrückung von Welligkeiten auf, die in den Kondensatorgruppen der Einheit erzeugt werden.
Die Gleichstromversorgung 200 ist eine Fahrzeugbatterie zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug, die eine DC 48 V-kompatible Niederspannungsbatterie ist, und der Drehstrommotor 300 ist ein Motor für den Fahrzeugbetrieb, wobei die Einheitsmodule 90 beinhalten: mindestens eines von einem ersten stromaufwärts öffnenden/schließenden Element 91 und einem zweiten stromaufwärts öffnenden/schließenden Element 92 als Feldeffekttransistor, die mit dem positivseitigen Elektrodenanschluss Pm und mindestens einem von einem ersten stromabwärts öffnenden/schließenden Element 93 und einem zweiten stromabwärts gelegenen öffnen/schließenden Element 94 als Feldeffekttransistor verbunden sind, die mit dem negativseitigen Elektrodenanschluss Nm verbunden sind; stromaufwärts angeordnete Gate-Treiberanschlüsse 95 für das erste und zweite stromaufwärts öffnen/schließende Element 91, 92; stromabwärts angeordnete Gate-Treiberanschlüsse 96 für das erste und zweite stromabwärts angeordnete öffnen/schließende Element 93, 94; und einen entsprechenden der AC-Elektrodenanschlüsse AC, der an einem Knoten zwischen den ersten und zweiten stromaufwärts angeordneten Öffnungs-/Schließelementen 95 und den ersten und zweiten stromabwärts angeordneten Öffnungs-/Schließelementen 96 vorgesehen ist, wobei die Steuerschaltungseinheit 130 eine Konstantspannungsnetzteileinheit 133 beinhaltet, die konfiguriert ist, eine Versorgungsspannung der DC-Netzteil-Einheit 200 abzuschalten, um eine stabilisierte Steuerspannung Vcc zu erzeugen, und einen Mikroprozessor 134, der konfiguriert ist, mit der von der Konstantspannungsnetzteileinheit gelieferten Energie zu arbeiten, und der Mikroprozessor 134 dient zum Erzeugen eines Gatesignals zum Steuern des Öffnens/Schließens der ersten Öffnungs-/Schließmodule 121B oder der ersten Öffnungs-/Schließmodule 121B und der zweiten Öffnungs-/Schließmodule 122B, um eine dreiphasige Wechselspannung an jede Wicklung des Drehstrommotors 300 anzulegen, einschließlich der ersten dreiphasigen Wicklungen 301 oder der ersten dreiphasigen Wicklungen 301 und der zweiten dreiphasigen Wicklungen 302, und dient auch zur Ausführung der Steuerung zum regenerativen Laden der Fahrzeugbatterie oder zum dynamischen Bremsen unter Verwendung einer erzeugten Spannung des Drehstrommotors 300 während des Auslaufens oder Abwärtsfahrens, und
wobei die Vielzahl von Einheitsmodulen 90 und die Leiterplatte 110 auf einer Kühlplatte 150 mit einem Kühlwasserpfad 151 montiert sind, um Wärme zu übertragen, und eine Steuerplatte 135, die konfiguriert ist, um die Steuerschaltungseinheit 130A und 130B zu bilden, gegenüber dieser angeordnet ist, wobei die Steuerplatte 135 mit den stromaufwärts gerichteten Gate-Treiberanschlüssen 95 und den stromabwärts gerichteten Gate-Treiberanschlüssen 96 verbunden ist, die zum Senden eines ersten Gatesignals 131 oder des ersten Gatesignals 131 und eines zweiten Gatesignals 132 an ein entsprechendes aus der Vielzahl von Einheitsmodulen 90 verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, erreicht die Leistungsumwandlungseinheit in Bezug auf den Anspruch 8 der vorliegenden Erfindung das folgende Merkmal. Die Leistungsumwandlungseinheit ist konfiguriert, die Steuerung zum Antreiben des Drehstrommotors für den Fahrzeugbetrieb und das regenerative Laden oder dynamische Bremsen unter Verwendung einer Niedervoltbatterie auszuführen, bei der eine Anordnung von auf der Leiterplatte parallel geschalteten Einheitskondensatoren als Leistungsglättungskondensator verwendet wird, wobei jedes mit einer entsprechenden Phase des Drehstrommotors verbundene Einheitsmodul Feldeffekttransistoren beinhaltet, die separat oder parallel in stromaufwärts und stromabwärts geschalteten Positionen geschaltet sind, jedes Einheitsmodul und der Leistungsglättungskondensator in nahem Kontakt mit der Wasserkühlplatte angebracht sind, und die Steuerschaltungseinheit diesen Komponenten gegenüber angeordnet ist. Dementsprechend werden im Vergleich zu Leistungsumwandlungseinheiten für den Einsatz in allgemeinen Elektrofahrzeugen mit Hochvoltbatterien, die beispielsweise DC300V aushalten, in jedem Öffnungs-/Schließmodul anstelle von allgemeinen Hochspannungs-Bipolartransistoren separat oder parallel geschaltete verlustarme Feldeffekttransistoren verwendet, und der Leistungsglättungskondensator ist durch parallel geschaltete leitfähige Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensatoren anstelle von allgemeinen Hochspannungs-Kleinkapazitäts-Folienkondensatoren konfiguriert, um dadurch eine hohe Kapazität zu ermöglichen. Diese Konfiguration bewirkt, dass eine Niederspannungs-Leistungsumwandlungseinheit mit einer Stehspannung von weniger als DC60V, die keinen elektrischen Schlag verursacht, ohne Vergrößerung der Leistungsumwandlungseinheit erreicht werden kann. Das Gleiche gilt für die erste Ausführungsform.
Bezugszeichenliste
90 Einheitsmodule, 91 erstes stromaufwärtiges Öffnungs-/Schließelement, 92 zweites stromaufwärtiges Öffnungs-/Schließelement, 93 erstes stromabwärtiges Öffnungs-/Schließelement, 94 zweites stromabwärtiges Öffnungs-/Schließelement, 95 stromaufwärtige Gate-Treiberanschlüsse, 96 stromabwärtige Gate-Treiberanschlüsse, 100A, 100B Leistungsumwandlungseinheit, 110 Leiterplatte, 110p positivseitiges Muster, 110n negativseitiges Muster, 111p erste positivseitige Sammelschiene, 111n erste negativseitige Sammelschiene, 112p zweite positivseitige Sammelschiene, 112n zweite negativseitige Sammelschiene, 1p, 1n Lötanschlussteil, 2p, 2n Sammelschienen-Hauptkörper, 3p, 3n nahes Anschlussteil, 4p, 4n Schweißverbindungsteil, 113 Einheitskondensator, 114 oberflächenleitende Schicht, 115 Wärmeübertragungs-Halteplatte, 121A, 121B erstes Öffnungs-/Schließmodul, 122A, 122B zweites Öffnungs-/Schließmodul, 130 Steuerschaltungseinheit, 131 erstes Gatesignal, 132 zweites Gatesignal, 133 Konstantspannungsnetzteileinheit, 134 Mikroprozessor, 135 Steuerplatine, 150 Kühlplatte, 151 Kühlwasserweg, 200 Gleichstromversorgung, 300 Drehstrommotor 301 erste Drehstromwicklung, 302 zweite Drehstromwicklung, α Phasendifferenz, Wechselstromelektrodenanschluss, N negativseitige Spannungsversorgung, Nm negativseitige Elektrodenanschluss, P positivseitige Spannungsversorgung, Pm positivseitige Elektrodenanschluss, Vcc stabilisierte Steuerspannung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001352767 [0006]
JP 2010104204 [0006]

Claims

Eine Leistungsumwandlungseinheit, umfassend: einen Leistungsglättungskondensator, der mit einer Gleichstromversorgung verbunden ist; eine Vielzahl von Einheitsmodulen, die in Reihe mit dreiphasigen Wicklungen eines Drehstrommotors verbunden sind, die erste dreiphasige Wicklungen oder die ersten dreiphasigen Wicklungen und zweiten dreiphasigen Wicklungen beinhalten, und konfiguriert sind, um intermittierend Laststrom zu liefern; und eine Steuerschaltungseinheit, die konfiguriert ist, eine Öffnungs-/Schließsteuerung der Vielzahl von Einheitsmodulen auszuführen, so dass eine Art von dreiphasiger Wechselspannung an eine von den ersten drei Phasenwicklungen und den ersten drei Phasenwicklungen und den zweiten drei Phasenwicklungen angelegt wird oder zwei Arten von dreiphasigen Wechselspannungen mit einer vorbestimmten Phasendifferenz zwischen diesen an die ersten drei Phasenwicklungen und die zweiten drei Phasenwicklungen angelegt werden, und so dass die dreiphasigen Wechselspannungen jeweils eine Beziehung mit einer variablen Frequenz der gleichen Frequenz aufweisen, wobei der Leistungsglättungskondensator durch eine Anordnung aus einer Vielzahl von Einheitskondensatoren konfiguriert ist, die leitfähige Polymer-Festaluminium-Elektrolytkondensatoren oder leitfähige Polymer-Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind, wobei die Vielzahl von Einheitskondensatoren unter Verwendung einer Leiterplatte parallel geschaltet ist, wobei auf der Leiterplatte eine Vielzahl von positivseitigen Mustern und eine Vielzahl von negativseitigen Mustern, die sich jeweils in einer horizontalen Richtung erstrecken, abwechselnd in einer vertikalen Richtung angeordnet sind, so dass entsprechende der Vielzahl von Einheitskondensatoren zwischen benachbarten der positivseitigen Mustern und der negativseitigen Mustern eingelötet sind, ein unterstes der positivseitigen Mustern mit einem positivseitigen Netzanschluss verbunden ist und ein unteres der negativseitigen Muster mit einem negativseitigen Netzanschluss verbunden ist, wobei die rechten Enden der Vielzahl von positivseitigen Mustern und die linken Enden derselben jeweils über eine entsprechende einer ersten positivseitigen Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und einer zweiten positivseitigen Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung miteinander verbunden sind, wobei die rechten Enden der Vielzahl von negativseitigen Mustern und die linken Enden derselben jeweils über eine entsprechende einer ersten negativseitigen Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und einer zweiten negativseitigen Sammelschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung miteinander verbunden sind, wobei die erste positivseitige Sammelschiene und die erste negativseitige Sammelschiene konfiguriert sind, sich parallel in vertikaler Richtung zu erstrecken, und mit entsprechenden von positivseitigen Elektrodenanschlüssen und negativseitigen Elektrodenanschlüssen von drei Einheitsmodulen verbunden sind, die aus der Vielzahl von Einheitsmodulen ein erstes Öffnungs-/Schließmodul bilden, und AC-Elektrodenanschlüsse, die den drei Einheitsmodulen bereitgestellt werden, mit den ersten drei Phasenwicklungen verbunden sind, und wobei die zweite positivseitige Sammelschiene und die zweite negativseitige Sammelschiene konfiguriert sind, sich parallel in vertikaler Richtung zu erstrecken, und verbunden sind, wenn die zweiten dreiphasigen Wicklungen vorgesehen sind, mit entsprechenden von positivseitigen Elektrodenanschlüssen und negativseitigen Elektrodenanschlüssen von drei Einheitsmodulen, die aus der Vielzahl von Einheitsmodulen ein zweites Öffnungs-/Schließmodul bilden, und die AC-Elektrodenanschlüsse, die für die drei Einheitsmodule vorgesehen sind, mit den zweiten dreiphasigen Wicklungen verbunden sind.
Die Leistungsumwandlungseinheit nach Anspruch 1, wobei zwischen den positivseitigen Mustern und den benachbarten negativseitigen Mustern auf der Leiterplatte die Kondensatorreihen gebildet sind, die jeweils drei bis fünf der parallel geschalteten Einheitskondensatoren beinhalten, in den Kondensatorreihen sind jeweils zwei, insgesamt sechs der Kondensatorreihen auf der rechten oder linken Seite jedes der drei Einheitsmodule angrenzend angeordnet, einschließlich eines oberen Einheitsmoduls, eines mittleren Einheitsmoduls und eines unteren Einheitsmoduls; eine jede der Kondensatorreihen zwischen dem oberen Einheitsmodul und dem mittleren Einheitsmodul und zwischen dem unteren Einheitsmodul und dem mittleren Einheitsmodul angeordnet ist; und eine der Kondensatorreihen ist zusätzlich über einer der obersten Kondensatorreihen und unter einer der untersten Kondensatorreihen angeordnet, um dadurch insgesamt 10 Reihen der Kondensatorreihen zu bilden.
Die Leistungsumwandlungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leiterplatte ein isolierendes Substrat mit einer Vorderfläche umfasst, an der eine oberflächenleitende Schicht haftet, um die Vielzahl der positivseitigen Muster und die Vielzahl der negativseitigen Muster zu bilden, und wobei eine Wärmeübertragungs-Halteplatte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung an einer Rückseite des isolierenden Substrats befestigt ist.
Die Leistungsumwandlungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes der Einheitsmodule eine Halbbrückenschaltung in quadratischer Form bildet, wobei die Halbbrückenschaltung mindestens eines von einem ersten stromaufwärts öffnenden/schließenden Element und einem zweiten stromaufwärts öffnenden/schließenden Element, das mit dem positivseitigen Elektrodenanschluss verbunden ist, mindestens eines von einem ersten stromabwärts öffnenden/schließenden Element und einem zweiten stromabwärts öffnenden/schließenden Element, das mit dem negativseitigen Elektrodenanschluss verbunden ist, beinhaltet, stromaufwärts angeordnete Gate-Treiberanschlüsse, die für das erste stromaufwärts angeordnete Öffnungs-/Schließelement und das zweite stromaufwärts angeordnete Öffnungs-/Schließelement vorgesehen sind, stromabwärts angeordnete Gate-Treiberanschlüsse, die für das erste stromabwärts angeordnete Öffnungs-/Schließelement und das zweite stromabwärts angeordnete Öffnungs-/Schließelement vorgesehen sind, und der AC-Elektrodenanschluss, der an einem Knoten zwischen den ersten und zweiten stromaufwärts angeordneten Öffnungs-/Schließelementen und den ersten und zweiten stromabwärts angeordneten Öffnungs-/Schließelementen vorgesehen ist, wobei der positivseitige Elektrodenanschluss und der negativseitige Elektrodenanschluss lokal auf einer Seite eines Paares von Seiten der quadratischen Form angeordnet sind, und der AC-Elektrodenanschluss lokal auf einer anderen Seite des einen Seitenpaares der quadratischen Form an einer Position diagonal zum positivseitigen Elektrodenanschluss und dem negativseitigen Elektrodenanschluss angeordnet ist, und wobei die stromaufwärts gerichteten Gate-Treiberanschlüsse und die stromabwärts gerichteten Gate-Treiberanschlüsse neben dem positivseitigen Elektrodenanschluss und dem negativseitigen Elektrodenanschluss oder dem AC-Elektrodenanschluss auf der einen Seite oder der anderen Seite des einen Seitenpaares der quadratischen Form angeordnet sind.
Die Leistungsumwandlungseinheit nach Anspruch 1 oder 4, wobei die erste positivseitige Sammelschiene und die zweite positivseitige Sammelschiene jeweils durch sequentielles Biegen in einem rechten Winkel einer Vielzahl von Lötanschlussabschnitten gebildet werden, wobei die Lötanschlussabschnitte an die linken Enden und die rechten Enden der positivseitigen Muster der Leiterplatte, einen sich vertikal erstreckenden Sammelschienen-Hauptkörper, eine Vielzahl von nahen Verbindungsabschnitten und positivseitigen Schweißverbindungsabschnitte zu löten sind, wobei die positivseitigen Schweißverbindungsabschnitte jeweils planare Abschnitte orthogonal zur Leiterplatte bilden, die als Schweißverbindungsflächen dienen, die konfiguriert sind, an den positivseitigen Stromversorgungsanschlüssen der Einheitsmodule anzuschließen, wobei die erste negativseitige Sammelschiene und die zweite negativseitige Sammelschiene jeweils durch sequentielles Biegen in einem rechten Winkel einer Vielzahl von Lötanschlussabschnitten gebildet werden, wobei die Lötanschlussabschnitte an die linken Enden und die rechten Enden der negativseitigen Muster der Leiterplatte, einen sich vertikal erstreckenden Sammelschienen-Hauptkörper, eine Vielzahl von nahen Verbindungsabschnitten und positivseitigen Schweißverbindungsabschnitte zu löten sind, und wobei die negativseitigen Schweißverbindungsabschnitte jeweils planare Abschnitte orthogonal zur Leiterplatte bilden, die als Schweißverbindungsflächen dienen, die konfiguriert sind, an den negativseitigen Elektrodenanschlüssen der Einheitsmodule anzuschließen.
Die Leistungsumwandlungseinheit nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, wobei, wenn der Drehstrommotor die ersten dreiphasigen Wicklungen und die zweiten dreiphasigen Wicklungen beinhaltet, und ein Paar dreiphasiger Wechselspannungen mit einer Phasendifferenz α, die gleich Null oder einer vorbestimmten Phasendifferenz α ist, an die ersten dreiphasigen Wicklungen und die zweiten dreiphasigen Wicklungen angelegt werden, die drei Einheitsmodule auf der linken Seite der Leiterplatte, die das erste Öffnungs-/Schließmodul bilden, das zum Zuführen eines Stroms zu den ersten drei Phasenwicklungen verwendet wird, und die drei Einheitsmodule auf der rechten Seite der Leiterplatte, die das zweite Öffnungs-/Schließmodul bilden, das zum Anlegen eines Stroms zu den zweiten drei Phasenwicklungen verwendet wird, mit diesen verbunden sind, während sie um eine Phase in diagonal symmetrischer Form verschoben werden.
Die Leistungsumwandlungseinheit nach Anspruch 6, wobei, wenn der Drehstrommotor die ersten dreiphasigen Wicklungen und die zweiten dreiphasigen Wicklungen beinhaltet und die Einheitsmodule diagonal symmetrisch damit verbunden sind, ein Paar von rechten und linken Einheitsmodulen die Phasendifferenz von (120+30) Grad aufweist.
Die Leistungsumwandlungseinheit nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 6, wobei die Gleichstromversorgung eine Fahrzeugbatterie zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug ist, die eine DC48V-kompatible Niederspannungsbatterie ist, und der Drehstrommotor ein Motor für den Fahrzeugbetrieb ist, wobei die Einheitsmodule beinhalten: mindestens eines aus einem ersten stromaufwärts öffnenden/schließenden Element und einem zweiten stromaufwärts öffnenden/schließenden Element als Feldeffekttransistor, die mit dem positivseitigen Elektrodenanschluss verbunden sind, und mindestens eines aus einem ersten stromabwärts öffnenden/schließenden Element und einem zweiten stromabwärts öffnenden/schließenden Element als Feldeffekttransistor, die mit dem negativseitigen Elektrodenanschluss verbunden sind; stromaufwärts angeordnete Gate-Treiberanschlüsse, die für die ersten und zweiten stromaufwärts angeordneten Öffnungs-/Schließelemente vorgesehen sind; stromabwärts angeordnete Gate-Treiberanschlüsse, die für die ersten und zweiten stromabwärts angeordneten Öffnungs-/Schließelemente vorgesehen sind; und eine entsprechende der AC-Elektrodenanschlüsse AC, die an einem Knoten zwischen den ersten und zweiten stromaufwärts angeordneten Öffnungs-/Schließelementen und den ersten und zweiten stromabwärts angeordneten Öffnungs-/Schließelementen vorgesehen ist, wobei die Steuerschaltungseinheit eine Konstantspannungsnetzteileinheit beinhaltet, die konfiguriert ist, eine Stromversorgungsspannung der Gleichstromversorgung herunterzufahren, um eine stabilisierte Steuerspannung zu erzeugen, und einen Mikroprozessor, der konfiguriert ist, mit der von der Konstantspannungsnetzteileinheit gelieferten Leistung zu arbeiten, und der Mikroprozessor dient zum Erzeugen eines Gatesignals zum Steuern des Öffnens/Schließens der ersten Öffnungs-/Schließmodule oder der ersten Öffnungs-/Schließmodule und der zweiten Öffnungs-/Schließmodule, um eine dreiphasige Wechselspannung an jede Wicklung des Drehstrommotors anzulegen, einschließlich der ersten dreiphasigen Wicklungen oder der ersten dreiphasigen Wicklungen und der zweiten dreiphasigen Wicklungen, und dient auch zum Ausführen einer Steuerung zum Durchführen einer regenerativen Ladung der Fahrzeugbatterie oder einer dynamischen Bremsung unter Verwendung einer erzeugten Spannung des Drehstrommotors während des Auslaufens oder Abwärtsfahrens, und wobei die Vielzahl von Einheitsmodulen und die Leiterplatte auf einer Kühlplatte mit einem Kühlwasserpfad montiert sind, um Wärme zu übertragen, und eine Steuerplatine, die konfiguriert ist, die Steuerschaltungseinheit zu bilden, ist gegenüber dieser angeordnet, wobei die Steuerplatine mit den stromaufwärts gerichteten Gate-Treiberanschlüssen und den stromabwärts gerichteten Gate-Treiberanschlüssen verbunden ist, die zum Senden eines ersten Gatesignals oder des ersten Gatesignals und eines zweiten Gatesignals an ein entsprechendes der Vielzahl von Einheitsmodulen verwendet werden.